maquina despulpadora de tempate

8/9/2019 Maquina Despulpadora de Tempate

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Introducción i1.0 El biodiesel (historia) 11.1 Formas de emplear los aceites vegetales como combustible 21.1.1 Mezcla aceite con ueroseno (para!ina)" diesel o biodiesel 21.1.2 #so directo del aceite vegetal $

1.1.$ %onversión a biodiesel &1.2 'rocesos de producción de biodiesel 1.$ avado del biodiesel. 101.& 'rincipales venta*as del biodiesel 111.+ ,esventa*as del biodiesel 1$1. In!ormación t-cnica del tempate (*atropha curcas l.) 1&1. Fase agroindustrial 1+

2.0 ,escripción de la m/uina 2$2.1 ,escripción general 2$2.1.1 %/mara receptora 2

2.1.2 %/mara de despulpado 22.1.2.1 %omponentes estructurales 22.1.2.2 %omponentes de transmisión $+2.1.$ eparador $2.1.$.1 Elementos estructurales &02.1.$.2 Elementos de transmisión &$2.1.$.$ %apacidad del separador &+2.2 istema el-ctrico de la mauina &$.0 ,ise3o" selección 4 !abricación de los componentes de la m/uina &$.1 5ariables de dise3o &

$.2 ,ise3o despulpadora &$.2.1 ,ise3o c/mara de despulpado &$.2.2 ,ise3o de cuchillas +0$.2.$ elección de material de la c/mara de despulpado +2$.2.& elección de la velocidad de operación de la despulpadora +&$.2.+ ,imensionamiento de la c/mara de despulpado +&$.2. ,ise3o del bushing +$.2..1 ,imensionamiento del bushing $.2..2 elección del material para el bushing $.2..$ 6n/lisis del desgaste en el bushing $.2. istema de transmisión despulpadora +

$.2..1 ,imensionamiento del sistema de transmisión $.2. %apacidad teórica de la m/uina 1$.2. elección de euipos 2

$.2.10 elección !a*a despulpadora $$.2.11 istema de soporte 4 regulación del cono !i*o $.2.12 ,imensionamiento c/mara receptora $.2.1$ ,ise3o estructura 1$.$ ,ise3o del separador 2$.$.1 7ela met/lica $$.$.2 lantas $

$.$.$ istema de transmisión del separador &$.$.& ,imensionamiento del sistema de transmisión +


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$.$.+ ,ise3o del e*e del separador $.$. elección de !a*a del separador 101$.$. elección de co*inetes 10$$.$. elección del sistema el-ctrico de la m/uina 10+$.$..1 elección del conductor 10

$.$..2 %/lculos para la selección del tipo de cable 111$.& Estudio económico 11$$.+ %orrecciones 11&$.+.1 %orrección c/mara de despulpado 11+$.+.2 %orrección capacidad 11&.0 Ensamble 4 mantenimiento 11&.1 Ensamble 11&.1.1 Ensamble de la estructura del separador 11&.1.2 Ensamble de la estructura del separador 4 la estructura dela despulpadora 12$&.1.$ Mesa separador 12+

&.1.& Ensamble despulpadora 12&.2 Mantenimiento preventivo periódico 1$&.2.1 Mantenimiento semanal despulpadora 1$&.2.2 Mantenimiento mensual despulpadora 1$&.2.$ Mantenimiento semestral despulpadora 1&0&.2.& Mantenimiento semanal separador 1&1&.2.+ Mantenimiento mensual separador 1&1&.2. Mantenimiento semestral separador 1&2'lan de mantenimiento despulpadora de tempate 1&$&.$ 8ecomendaciones 1&&

%onclusiones 1&+ 6ne9os 1&:ibliogra!;a 1++


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INTRODUCCIÓNEl presente traba*o de graduación aborda los detalles del


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.)))7.))8, EE!**! + %rgentina, tenan +a normalizada la producción + caracterización

del biodiesel! En otros pases de "udamérica aun están en etapa de investigación +

desarrollo, + otros como es el caso de *rugua+ +a tienen en funcionamiento una planta

de producción de biodiesel!

1.1 FORMAS DE EMPLEAR LOS ACEITES VEGETALES COMO

COMBUSTIBLE9o+ en da el aceite vegetal puede usarse de tres formas para llevar a cabo la operación

de

los mismos como combustible:

• 2ezcla de aceite con queroseno 0parafina1, diesel o biodiesel

• *so directo! ombustible de aceite vegetal 0%


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El glicerol producido en la reacción de transesterificación, una vez recuperado +

refinado

puede emplearse en distintos campos como son: industria qumica, cosmética,

farmacéutica, e5plosivos!

omparando las diferentes formas de emplear el aceite como combustible de motores,

puede observarse que:El biodiesel aventa@a al aceite vegetal; dado que funciona en cualquier motor diesel sin

ma+or modificación; no requiere un sistema de doble almacenamiento +

precalentamiento!

"u uso + funcionamiento es adecuado en pases con clima frio1.# PROCESOS DEPRODUCCI% DE BIODIESELBara lograr la conversión de los aceites vegetales 0nuevos o usados1 a metil o etil esteres

e5isten 8 métodos:

1. Conversión de una etapa a ester metílico o etílico en medio básico.Este proceso simple + económico, es la producción de biodiesel a partir de aceite

vegetal

crudo de caractersticas conocidas el cual reacciona a temperaturas moderadas 0má5imoF/A1 con metanol o etanol en presencia de un catalizador alcalino! picamente se

utiliza

hidró5ido de sodio o de potasio! % término de . horas ba@o condiciones de constante

agitación, los triglicéridos 0moléculas comple@as que forman el aceite + que le dan su

consistencia viscosa1, reaccionan completamente con el metanol para formar cadenas de

metil7éster 0biodiesel1 + glicerina, un producto secundario de valor comercial!

%l emplear el método básico en aceites usados, se tendrá una disminución de los metil

esteres, debido a que en estas materias primas e5isten principalmente una mezcla de

triglicéridos, ácidos grasos libres + agua; dando lugar a que una parte de los triglicéridos

sea convertida en sales metálicas debido a la reacción de saponificación 0@abón1 en

presencia de agua, as mismo, los ácidos libres grasos neutralizados con el catalizador

básico, obteniéndose como producto principal una sal metálica 0@abón1!

Donde:

TG: triglicéridoRCOOa: "al metálica del acido graso 0@abón producido por la saponificación1RCOOH: %cido graso libre!M+OH: 2etanolBara utilizar este método en aceites + grasas residuales, primeramente debe realizarse la

neutralización de los ácidos grasos libres + luego eliminar los @abones remanentes,

cuando

este paso se ha+a realizado, entonces debe realizarse la transesterificación!ambién e5iste el método básico en . etapas, esto es para garantizar una ma+or

conversión;

sin embargo los ácidos grasos libres de los aceites usados constitu+en un problema en la

reacción puesto que requieren que el metanol + el catalizador básico se encuentren en

e5ceso; es importante que los reactivos tengan una alta pureza para no disminuir la

eficiencia de la reacción!


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%l final de la etapa del proceso tomando como insumo principal el aceite vegetal nuevo

se

logra lo siguiente:

Elevada conversión 0'-=1 con pocas reacciones secundarias + reducido tiempo de

reacción!

onversión directa a Ester metlico sin pasos intermedios!

2ateriales de construcción estándar!

')= pGp de biodiesel + &)= pGp de glicerina bruta!

#. Conversión de Ester Metílico en medio ácidoEn este método el proceso es similar que en la ransesterificación en medio básico, sin

embargo, no es mu+ com>n el utilizarlo en la producción, +a que su proceso es mu+

lento

por depender del equilibrio qumico + consecuentemente aumenta el gasto del alcohol,

provocando que el precio del biodiesel aumente significativamente; sin embargo

constitu+e

una etapa importante para el siguiente método!

$. Conversión de Ester Metílico en dos etapas: Proceso Acido!aseEste método es una combinación de los . métodos anteriores, +a que proporciona ma+or eficiencia en la conversión del biodiesel en materiales de elevada acidez!

• Primera etapa: "A#E AC$%A, empleándose normalmente, acido sulf>rico comocatalizador, el cual convierte los ácidos grasos libres a esteres; en esta etapa se da la

esterificación, evitando que los ácidos grasos se combinen con el metal del

hidró5ido que induce a la formación de @abón + ocasione problemas con la reacción,

este proceso también puede utilizarse en grasas + aceites crudos, + el proceso no se

modifica!

• #egunda etapa: "A#E ALCAL$&A, produciéndose la ransesterificación tal +como se describe en el método básico! 4a ransesterificación ácida puede darse sin

embargo se requiere de alcohol en e5ceso para esterificar todos los ácidos grasos


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libres + debido a que la reacción es mu+ lenta 0depende del equilibrio1, el costo

deproducción aumentara significativamente, sin embargo este proceso a+uda a

disminuir el requerimiento de hidró5ido!

En la etapa básica es necesario neutralizar el catalizador acido, + luego se da marcha a

la

transesterificación, las moléculas de agua se mezclan con acido sulf>rico, formandosales

sulfatadas de sodio solubles en agua, lo que favorece que el metal no intervenga en la

reacción!

4a venta@a principal que posee el método ácido7base, empleado en aceites usados +

grasas

animales, es que logra evitar o al menos disminuir la reacción de saponificación, debido

a

que en la etapa ácida, los ácidos grasos se transforman en metilesteres debido a la

reacción

de esterificación; en la etapa básica se da la transesterificación de los triglicéridos,

disminu+endo es de esta manera la formación de sales metálicas, + logrando un aumentoen

el rendimiento del biodiesel!

Estas son las tres formas en las cuales puede llevarse a cabo la conversión de un

material

graso a biodiesel, estos procesos pueden combinarse en procesos continuo o

discontinuo, lo

que permite una variedad de distribuciones en el diseño + construcción de una planta

productora de biodiesel!

1.$ LAVADO DEL BIODIESEL.%l final del proceso de transesterificación, se hace necesario realizar una operación de

lavado al biodiesel obtenido, dado que inicialmente tiene un p9 entre -7&), + al realizar

esta operación el p9 disminu+e a (, permitiendo que su uso no sea riesgoso en losmotores


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0por la corrosión básica1 + evitando su rápido desgaste!

E5isten diferentes técnicas de lavado entre ellas están:

• Lavado con nieblaonsiste en rociar el biodiesel con una nube de agua que cae en la superficie + no

provoca perturbación del lquido, atravesándolo + llevando consigo las impurezas

que acarrea a medida que caen las gotas a la base del recipiente; el proceso esaplicable, sin embargo, una desventa@a es que para realizar este proceso se necesita

mucha agua + aparte, el proceso es sumamente lento + para la producción

comercial, el utilizarlo no sera económico!

• Lavado con burbu'asBara realizarlo se emplea una bomba aireadora; en un recipiente se agrega agua + el

biodiesel, teniendo en cuenta que debe haber un e5ceso del (/=! El agua

permanece en el fondo mientras que el aireador empu@a a las burbu@as de aire que

contienen gotas de agua hacia la superficie del biocombustible + luego el agua cae

hasta la base arrastrando consigo las sustancias contaminantes 0catalizador, alcohol

no reaccionado, @abón formado1, el proceso debe repetirse de tres a cuatro veces +

con una duración de seis a ocho horas, al final de esta etapa el p9 del biodiesel esde (!Entre sus desventa@as están: consume mucho tiempo, no da evidencia de una

reacción completa + se necesita mucha agua!

• Lavado por Agitaciónonsiste en colocar en un recipiente, la mezcla agua7biodiesel con un e5ceso del

(/= de agua con un agitador de mezcla homogéneamente por cinco minutos, al

final debe de@arse reposar por una hora! 4a temperatura del agua debe oscilar entre

8/7H))1. PRICIPALES VETA2AS DEL BIODIESEL, para evitar el problema de emulsiones, +a que a temperatura mu+ fras, el

lavado no se produce correctamente! Este es un método mu+ rápido + adecuado,

puesto que puede observarse en una pequeña prueba si el aceite o grasa ha

reaccionado completamente, de lo contrario conduce a la formación de una

emulsión que puede ocasionar problemas a la hora de utilizarlo en el motor!

%l final se puede decantar + secar el biodiesel +a sea calentando a ()7-/A para

evaporar el agua o se puede recurrir a la destilación, para la separación de la dos

fases pueden realizarse de . a 8 operaciones!

Entre las desventa@as están: puede provocar una formación de emulsiones + puede

consumir mucho tiempo la separación de las fases!

∗ 4os esteres metlicos de los ácidos grasos constitu+en una importante base para la

preparación de

•%lcoholes grasos 0materias primas para la preparación de detergentesaniónicos, emulsionantes, plastificantes, retardantes en la evaporación del

agua en cosméticos1

• Esteres de ácidos grasos que no es posible obtener por esterificación directa!

∗ Es el >nico combustible alternativo que funciona en cualquier motor diesel

convencional sin ser necesaria una ma+or modificación al motor! Buede seralmacenado

en cualquier lugar inclusive el mismo lugar donde se almacena el diesel

derivado del petróleo!

∗ El biodiesel puede ser usado puro o en mezcla + en cualquier proporción con el

diesel producto del petróleo! 4a mezcla más com>n + la más utilizada en Europa es

una mezcla má5ima de .)= de biodiesel con -)= del diesel derivado del petróleo

esta mezcla es denominada #6.)$!∗ %l utilizar biodiesel como combustible se reduce las emisiones de anhdrido


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carbónico en valor apro5imado al -)=, + cercano al &))= las de dió5ido de azufre!

4a combustión de 6iodiesel disminu+e en ')= la cantidad de hidrocarburos totales

no quemados, + entre (/7')= en los hidrocarburos aromáticos! Distintos estudios

en los EE!**! han demostrado que el biodiesel reduce en ')= los riesgos de

contraer cáncer!

∗ ontiene una proporción del &&= de o5igeno en peso + el contenido de azufre esinsignificante! %l usar biodiesel puede ser e5tendida la vida >til de los motores

porque posee me@ores cualidades lubricantes en comparación con el combustible

diesel fósil, mientras el consumo, encendido, rendimiento + torque del motor se

mantienen prácticamente en sus valores normales!

∗ El mane@o + transporte es seguro, porque su volatilidad es mnima + por lo tanto, no

reacciona con la más mnima chispa accidental! Es totalmente biodegradable como

el az>car + es &) veces menos to5ico que la sal de mesa!

∗ Buede hacerse a partir de cultivos oleaginosos, como la so+a; también pueden

aprovecharse residuos tales como las grasas + los aceites usados!

∗ 4os derrames de este combustible en las aguas de ros + mares resultan menos

contaminantes + letales para la flora + fauna marina que los combustibles fósiles!∗ Es un combustible que +a ha sido probado satisfactoriamente en más de &/ millones

de m! En Estados *nidos + por más de .) años en Europa!

1.3 DESVETA2AS DEL BIODIESEL∗ Iactibilidad económica

• %lta dependencia en el costo de las materias primas!

• Jeneración de un o7producto 0glicerina1, cu+a purificación a grado técnico

solo es variable para grandes producciones!

∗ %spectos técnicos

• Broblemas de fluidez a ba@as temperaturas 0menores a )A1

•Escasa estabilidad o5idativa 0vida >til G periodo má5imo de almacenamientoinferior a F meses1

• Boder solvente: cuando se emplean mezclas de biodiesel en proporciones

superiores al /= es preciso reemplazar los conductos de goma del circuito del

combustible por otros de materiales como el vitón, debido a que el biodiesel

ataca a los primeros!

uando se lo carga en tanques sucios por depósitos provenientes del gasoil, al

limpiar dichos depósitos por disolución parcial, puede terminar obstru+endo las

lneas de combustible!

%l realizar una mezcla superior a .)= se hace necesario realizar una nfima

modificación al motor + &))= de la mezcla aumenta en un &F= el consumo de

combustible!1.4 IFORMACI% T5CICA DEL TEMPATE (2ATROPHA CURCAS L.)El empate 0 (atrop)a curcas L!1 es una planta originaria de entro + "ur %mérica! EnEl

"alvador, crece en forma silvestre + ha sido utilizado en cercas vivas + propagadas

especialmente por esque@es! ambién se reproduce en forma natural por semilla!

4a semilla de tempate es rica en aceite + este puede ser utilizado para producir un

sustituto

del diesel que se utiliza para funcionamiento de vehculos automotores + motores

industriales!

%demás se puede obtener subproductos de gran valor comercial como la torta o sea la

semilla molida después de e5traer el aceite que posee alto contenido de protena, + que puede ser utilizado en la elaboración de concentrados para ganado bovino + otro


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subproducto más que es la glicerina mu+ utilizada en la industria!

"e estima que el cultivo comercial de esta planta + el procesamiento local del aceite + de

los subproductos podran sustituir en gran parte las importaciones de diesel originario

de

petróleo, as como harina proteica para la alimentación animal!

omo antecedentes se menciona que la iniciativa surgió por interés de personas quequeran

apo+ar al gobierno en reducir las divisas por los altos costos destinadas para satisfacer la

demanda de combustible originarios del petróleo; seg>n el ministerio de Economa

durante

el año de .))/ las empresas distribuidoras de petróleo vendieron solamente de diesel la

cantidad de &'H, )&&,))) galones por otro, lado conociendo de la e5istencia de cultivos

oleaginosos que producen combustibles alternativo que puede sustituir el diesel

procedente

del petróleo, en relación a los biocombustibles se conoció que en otros pases ha+

mucha

e5periencia al respecto!4a planta Catropha curcas 4! puede implementarse como una planta productivamente

rápida

en situaciones adversas, tierras degradadas, clima seco, tierras marginales + al mismo

tiempo ser parte de un sistema agrosilvicultural! Buede plantarse en las tierras que estén

en

perodo de barbecho + a lo largo de los lmites de pastizales porque no crece

demasiadoalto, as como también es apropiada en los terrenos sin aprovechar @unto a las

vas férreas,

carreteras + canales de irrigación!

1.6 FASE AGROIDUSTRIALa) DESPULPADO*na vez cosechada la fruta madura de las plantas se traslada hacia la planta

agroindustrial!

4a fruta alcanza madurez cuando pasa de color verde a amarillo! 4a fruta madura que se

cortó en un da debe ser procesada lo antes posible! Esto se debe a que el proceso de

pudrición es mu+ rápido, más en lugares con mucha humedad relativa + esto dificulta un

poco el despulpado de la misma! 4a fruta madura está formada por tres secciones que

contiene una almendra de color negro, es decir ba@o condiciones normales se logra

obtener

tres almendras por fruto! % veces suele suceder que solo contenga dos almendras o

tambiénes posible que tenga cuatro por fruto! En promedio se espera que tenga tres almendras

negras! Después de que se pesa la fruta comienza el proceso del despulpado! El

despulpado

no se realiza con la a+uda de agua como se acostumbra hacer en un beneficio de café!

"e

de@a caer la fruta a una tolva de alimentación donde cae dosificada a una tolva receptora

vertical en forma de cono truncado que facilita el desciende del fruto por su propio peso

+

su configuración fsica natural! El fruto al descender por la tolva llega a la cámara de

despulpado que consiste en . conos 0cono fi@o + cono rotor1 ambos con cuchillas

separadas


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de tal manera que solo permita la entrada de un fruto en cada alineamiento de las misma

+

pequeñas trampas que impiden que el fruto pase libre sin ser despulpado; dándose as al

girar, un efecto de corte + desprendimiento de la cáscara con la semilla! El cono fi@o es

regulable hacia aba@o para despulpar frutos de menor o ma+or tamaño; El resultado es

unamezcla de cáscara + semilla en donde la semilla +a esta desprendida de la cáscara7)CLASIFICADO (CRIBA)Después de que la fruta h>meda ha+a sido despulpada cae directo a una tolva receptora,

la

cual alimenta el cilindro de separación! Esta máquina clasificadora es un cilindro de .

metros de largo por )!F) metros de diámetro, la cual funciona rotando de forma

horizontal

cribando las semillas en los agu@eros establecidos en la criba de K$ de diámetro! 4os

productos que se obtuvieron aqu son las semillas h>medas separadas de la cáscara!

ada

producto tiene su salida independiente! 4a semilla h>meda debe trasladarse a un área desecado para evitar pudrición +Go germinación de las semillas! 4a cáscara puede ser

regresada al campo + utilizada como abono orgánico distribu+éndolo a lo largo de los

surcos! "e debe de estudiar el potencial de biomasa que se tiene con la cáscara, esta

representa el (/= del total del peso! De esto solo el -= es materia seca, la cual podra

aprovecharse como combustible sólido, es decir quemar la cáscara para generación de

calor!

) SECADO9a+ varias formas de secar los diferentes tipos de semillas! En la actualidad ha+

sistemas de

secado que son automatizados + también e5isten otros sistemas menos sofisticados, pero

al

final el ob@etivo es el mismo! 4o que se quiere es ba@ar el grado de humedad de la

semilla!

En cierto caso puede utilizarse una secadora de pila! Es un sistema sencillo, barato pero

poco eficiente! Este sistema consta de una pila de concreto de un diámetro de seis

metros +

una altura de sesenta centmetros! El piso tiene una fundición de cemento para evitar el

levante de mucho polvo! Dentro de la pila está colocada una estructura metálica que

soporta

láminas perforadas por las cual circula el aire caliente! El calor se genera con un

quemador de diesel, en nuestro caso de biodiesel! 4a temperatura que genera puede llegar hasta los

&F)A! El aire caliente que se genera es succionado + empu@ado a la misma vez por un

ventilador hacia la pila por medio de unos tubos de metal! %l entrar el aire caliente a la

pila

forma una especie de ciclón! 4a semilla se coloca sobre estas láminas perforadas +

como el

aire caliente pesa menos tiende a subir + pasa secando las semillas! 4a secadora con las

dimensiones anteriores presenta una capacidad promedio de F) a () quintales 0&)) lbs!1

porpartida! 4a semilla contiene un cuarenta + cinco por ciento de agua después del

despulpado

+ para el proceso de e5tracción se debe de tener al menos de ocho a diez por ciento de


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humedad! Este grado de humedad incluso permite +a el almacena@e de la semilla sin

temer

que germine! *na vez alcanzado estos porcenta@es de humedad de la semilla esta lista

para

e5traer el aceite!

1.6.1 RECOMEDACIOES FASE AGRO IDUSTRIALL El despulpado de fruta demasiado madura se dificulta +a que la semilla se pega a la

cascarilla interna + esto no se logra separar! "e queda pegado incluso después del

secado!

L "e debe de secar inmediatamente la semilla +a que en lugares mu+ h>medos comienza

a germinar!

L *na vez seca la semilla se debe de almacenar en lugares adecuados +a que la rata de

campo se alimenta de ella ocasionando pérdidas!

L Es necesario tener un sistema de repaso en la separación de la semilla de la cáscara

esto se debe a que no siempre logra la semilla filtrarse al &)) =!

*.+ %E#C,$PC$-& %E LA MA/$&A2encionados los conceptos teóricos en el capitulo anterior, podemos enfocar la atenciónen

un ob@etivo principal, este ob@etivo se relaciona al proceso de obtención del biodiesel a

partir de aceites naturales, especficamente del proveniente de la semilla del tempate,

haciendo referencia al proceso agroindustrial del captulo &, donde se menciona el

despulpado del tempate + la clasificación o escriba, se ha diseñado una máquina que

realice

dichos procesos que faciliten la obtención de la semilla para e5traerle el aceite!

El presente capitulo es una introducción a la maquina que se autodenomina,

despulpadora

de tempate, donde describiremos sus partes + funcionamiento, en el captulo posterior se

detallaran las técnicas de diseño mecánico empleadas para su creación! Esta máquina es

capaz de realizar el despulpado + posteriormente separar la semilla + la cáscara

provenientes del despulpado!

#.1 DESCRIPCI% GEERAL4a máquina representa solamente una etapa dentro del proceso de producción de

biodiesel,

pero es parte es importante de este proceso, +a que sin esta etapa 0el despulpado1 el

proceso

no se podra complementar! Esta propuesta que a continuación se describe, viene a

facilitar

el proceso de despulpado, empleando un mecanismo eficiente + automatizado que llenetodas las e5pectativas de producción que se planteen los usuarios o propietarios de la

máquina! Esta máquina pone a prueba todos los conocimientos adquiridos en el área de

diseño de máquinas cursados en la carrera de ingeniera mecánica! "e comenzará por

hablar de las partes que conforman la máquina + su función sin entrar en detalles de

diseño

+ selección de los materiales + dispositivos que la conforman!

4a máquina está compuesta por dos etapas cada una de estas con su propia finalidad; la

primera etapa trata sobre el despulpado del tempate que es la etapa principal + la

segundatrata sobre la separación de la cáscara + la semilla que resulta luego del

despulpado! En la

etapa del despulpado se pueden mencionar los siguientes elementos más importantes:cámara de recepción, cámara de despulpado, la estructura + dispositivos de transmisión


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0ca@a reductora, motor, poleas + fa@a1! En la segunda etapa se puede hacer mención de

los

siguientes elementos: ca@a reductora, motor, fa@a, co@inetes, e@e del separador, anillos del

separador, lámina receptora de semilla + lámina receptora de cáscara! odos los

elementos

anteriores se aprecian en la figura .7&, esta muestra el dibu@o de con@unto de la máquinatodos estos elementos se verán con más detalle en los siguientes incisos!

Iigura .7&, vista global de la maquina con todas sus partes!

Bara continuar describiendo la máquina se e5plicará en detalle cada una de sus partes, pero

antes se hará un esquema de la forma de operar de la máquina, los pasos a seguir para

ponerla en funcionamiento! "e comenzará diciendo que la máquina deberá ser puesta

enmarcha sin carga luego que está en funcionamiento se ingresan de forma manual los

frutos

de tempate por la boquilla de la cámara receptora, luego estos frutos son desplazados

por

gravedad hacia la cámara de despulpado, una vez los frutos han sido ingresados en la

cámara las cuchillas hacen su traba@o mediante un movimiento relativo de los elementos

que conforman la cámara de despulpado, quedando una mezcla cascara7semilla que es

transportada hacia el separador por medio de una lamina fi@a inclinada ubicada @ustodeba@o

de la cámara de despulpado! El separador es un cilindro horizontal cu+os contornos son

de

tela o malla metálica, que permite el paso de la semilla a través de ella + retiene la

cáscara

ver figura .7&! abe mencionar que el despulpador + el separador tienen distintos

controles

de mando pero se deben poner a operar los dos al mismo tiempo! El esquema de

operación

de la máquina es el de la figura .7.!

Definido el proceso de producción, se puede entender de forma general el porqué la

máquina tiene las partes descritas anteriormente, pero se debe e5plicar cómo las partes


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FF'F frutos de tempate! En la figura .78 se aprecia la cámara de recepción con cada una

de

sus partes!

#.1.# C8MARA DE DESPULPADOEsta cámara se encuentra ubicada @usto después de la cámara de recepción, es la parte

más

comple@a de la máquina +a que requiere un análisis de diseño especial capaz de realizar

la

tarea de despulpado! iene una forma cónica, básicamente está compuesta por dos

conos,

uno esta fi@o anclado a la estructura + el otro está dispuesto en un bu@e o bushing de tal

forma que tiene la facultad de girar! El traba@o lo realizan las cuchillas, estas se ubican

en

las superficies de ambos conos, cuando el cono rotor empieza a girar se produce unefecto

de corte sobre el fruto, debido a la acción + disposición de las cuchillas! Esta cámara es

una

especie de molino, solo que a diferencia de un molino esta no muele, debido al diseño

de

sus cuchillas que solo atacan la cáscara sin dañar la semilla! iene una velocidad de

operación mu+ ba@a de .F!&RB2, esta velocidad se consigue gracias al acople de un

motor

eléctrico de ba@a revolución a una ca@a reductora de velocidad!

4a cámara despulpadora está compuesta por muchos elementos + dispositivos, por lo

que se


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debe hacer un desglose de estos para describir de forma más clara su funcionamiento,

tiene

dos tipos de componentes: componentes estructurales + componentes de transmisión!

Entre

los componentes estructurales tenemos: el cono + cilindro rotor, cuchillas rotoras, cono

fi@o,cuchillas fi@as, vástago cono fi@o, soporte + regulación del cono fi@o, bushing +

estructura!

Respecto a los componentes de transmisión se tienen: polea cilindro rotor, polea e@e del

reductor, motor eléctrico, ca@a reductora + fa@a en v! alguno de estos componentes se

pueden ver en la figura .7H que muestra un dibu@o de con@unto de los componentes de la

cámara de despulpado, se eliminaron los elementos de la cámara receptora para

observar

de me@or manera en los componentes de la cámara de despulpado!

#.1.#.1 COMPOETES ESTRUCTURALESa) COO ROTOR Este elemento estructural de la cámara de despulpado, está fabricado a partir de una

lámina

de acero ino5idable M$ para evitar la corrosión! Está compuesto por un cono + un

cilindro!

El cilindro tiene una altura de &F!8$ + un diámetro e5terno de (!(/$, esta acoplado

mediante

soldadura al cono rotor, sus funciones principales son: sirve como elemento de

transmisión

+a que la superficie e5terna de este tiene un tratamiento especial, para poder deslizar

mediante la acción de un lubricante en la superficie interna del bushing, sirve para

instalar la polea para la transmisión por fa@a + sirve para direccionar el flu@o de cascara + semilla


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hacia la bande@a transportadora instalada deba@o de la cámara!

El cono rotor es otra pieza fabricada con lamina de acero ino5idable M$ de espesor,

lleva

instaladas - cuchillas en la superficie interna, esta cuchillas han sido diseñadas para

realizar

el corte de la cáscara + desplazar fuera de la cámara la cáscara + la semilla, una vezconcluido el proceso de despulpado! 4os tamaños de estas cuchillas fueron calculados,

de

tal forma que los espacios entre una cuchilla + otra sea lo suficientemente grande para

que

solamente quepa un solo fruto de tempate, las dimensiones de estas cuchillas se

especifican

con más detalle en los planos de manufactura! "on dos tipos de tamaños de cuchillas

que

lleva el cilindro rotor, una del doble del tamaño de la otra! Estas cuchillas

complementan su

función con las cuchillas del cono fi@o! Bor lo tanto cada vez que se hace unalineamiento de

las cuchillas del cono rotor con las cuchillas del cono fi@o, ingresan a la cámara de

despulpado - frutos de tempate, + la alineación entre cuchillas ocurre - veces en una

revolución! En la figura .7/ se muestra el cono rotor con todos sus componentes!

4a polea es otro elemento que se instalo al cilindro rotor mediante un cuñero de &G-$,

esta

pieza fue fabricada en aluminio para no aumentar el peso del cilindro rotor, las

dimensiones

de las poleas fueron las especificadas por las normas, con ángulos de acoplamiento para

una fa@a + un paso en pulgadas!


19/38

Iigura .7/, se muestra

los elementos que

forman parte del cono

rotor, las cuchillas van

acopladas con pernos alcono rotor, por lo que se

hizo un abocardado en

la superficie de las

cuchillas para acoplar

pernos cabeza cónica

que no sobre salgan de

la superficie + se

perforo el cono para

instalar dichos pernos,

cada cuchilla lleva dos

pernos! 4as cuchillas están hechas de acero ino5idable!7) COO FI2OEl cono fi@o también forma parte de la cámara de despulpado; al igual que el cono rotor

está fabricado a partir de una lamina de acero ino5idable de M$ de espesor, está

constituido

por dos conos acoplados por soldadura, en la parte superior es cerrado mediante una

tapadera redonda! En la tapadera redonda va acoplado el vástago de acero ino5idable de

.$

de diámetro, que sirve para unir el cono fi@o al sistema de soporte + regulación que se

detallará más adelante! El cono fi@o al igual que el cono rotor lleva instalada - cuchillas,

solo que en este caso las cuchillas están ubicadas en la superficie e5terior del cono fi@o!

4as

cuchillas del cono fi@o como se mencionó anteriormente, se complementan en la

e@ecución

del despulpado con las cuchillas del cono rotor! 4as cuchillas están hechas de lámina de

acero ino5idable, el tamaño de las cuchillas fueron calculados para permitir el paso de

un

fruto de tempate a través de ellas, el diseño de las cuchillas también facilitan el flu@o de

la

cáscara + la semilla hacia fuera de la cámara de despulpado, las cuchillas llevan un

abocardado, para la instalación de dos pernos cabeza cónica por cuchilla para acoplarlas

alcono! odos los criterios de diseño de las cuchillas se mencionarán más adelante!odos

los elementos descritos se pueden ver en la figura .7F!

El cono fi@o tendrá la libertad de desplazarse, hacia arriba o hacia aba@o, con el fin de

acomodarse al tamaño del fruto de tempate que tenga que despulpar, esto lo hará

mediante

el sistema de soporte + regulación, este sistema le da la fi@eza al cono fi@o, pero también

permite el desplazamiento, la forma en que el cono fi@o se une al sistema de soporte +

regulación, es mediante el vástago de acero ino5idable, este atraviesa toda la cámara

receptora + llega al bushing roscado, este bushing esta soldado a un sistema de tubos

estructurales que se empernan a la estructura principal! El bushing tiene una rosca de

paso


20/38

fino para evitar problemas con la vibración! 4a mani@a sirve para desplazar el cono fi@o

en

forma vertical!

) BUSHIGEsta pieza está instalada a la bancada mediante pernos, pues en ella descansa el cilindro

rotor, su función es permitir el deslizamiento de la superficie del cilindro rotor en la

superficie interna de este, como si fuese una especie de co@inete! 4a superficie de

contacto

deberá estar debidamente lubricada, para evitar problemas de desgate e5cesivo, ruido +

vibraciones! Este lubricante deberá poseer ciertas propiedades que se verán más

adelante!

%parte del lubricante la superficie interna del bushing tendrá un rectificado fino para

evitar

problemas de fricción! El material del cual está hecho el bushing es un acero &).), este

material presenta buenas propiedades mecánicas como alta dureza + buena resistencia al

desgaste! 4a altura es de &.$, diámetro e5terno de '!-/$ + un diámetro interno de (!(F$!

Esta provisto de ocho unas sostenedoras que van empernadas a la estructura principal

como

se muestra en figura .7(!


21/38

Iigura .7(, "e

muestra el bushing

de acero &).), con

sus uñas

sostenedoras + los

rodamientos que

a+udan a facilitar el

desplazamiento del

cono rotor!

*) ESTRUCTURAEs la parte de la máquina que tendrá que soportar el peso de todos los componentes de

la

misma, tomando en cuenta la estabilidad que deberá presentar la máquina para controlar la

vibración + proporcionar la alineación necesaria a los elementos de transmisión! Estas

son

solo algunas de las caractersticas de la estructura analizadas en el proceso de diseño

para

determinar el material + las dimensiones de dicha estructura! Esta estructura está

compuesta

por una red de tubera estructural cuadrada .$5.$ con una chapa &H como se conoce en

el

mercado, la estructura viene siendo como una especie de mesa cu+as dimensiones

vienencondicionadas por las dimensiones de los componentes de la máquina descritas

anteriormente + los que se describirán en el separador! onociendo las dimensiones de

los

distintos componentes de la máquina, se pretende que la estructura tenga preparado los

espacios de cada uno de los componentes de tal forma que las perforaciones de las uñas

sostenedoras coincidan con las perforaciones que tiene la estructura para después

acoplar

cada componente mediante elementos de su@eción o pernos a la estructura! odas las

uniones de la tubera de la estructura son mediante soldadura! En la figura .7- se

observa la

estructura con sus dimensiones generales!


22/38

Iigura .7-, "e observa >nicamente los elementos que conforman la estructura!

#.1.#.# COMPOETES DE TRASMISI%4os componentes de transmisión se refieren a los dispositivos + elementos que se sirven

para transmitir el movimiento de rotación al cono rotor, entre los cuales tenemos; las

poleas, motor, ca@a reductora + fa@a! Estos elementos conforman el sistema de

transmisión!

oda energa se genera cuando se conecta el motor a la fuente de alimentación, este

transmite el movimiento de rotación al e@e de entrada de la ca@a reductora con una

velocidad de &())RB2 + una potencia de .9p, luego la ca@a reductora, cambia la

velocidad

de entrada a una más ba@a, producto de la relación de velocidades que es de .):&, a la

salida del reductor se tiene entonces una velocidad de -(RB2! on el arreglo de poleas,

enla transmisión por medio de fa@a, luego la velocidad en la cámara de despulpado se

reduce a

.F!&RB2, esta velocidad se convierte en la velocidad de operación, por lo que esta se

usa

para calcular la capacidad de la máquina! %mbas poleas son de aluminio, la que va

ubicada

en el cilindro rotor tiene un diámetro e5terno de &)$ + un diámetro interior de (!(/$,

mientras la polea que está ubicada al e@e de salida de la ca@a reductora tiene un diámetro

e5terno de 8$ + el interno de & 8G-$! %mbas poleas se fabricaron a partir de discos de

aluminio, las dimensiones son las requeridas por la norma para la transmisión por fa@a

en v


23/38

paso en pulgadas, permitiendo un me@or ángulo de contacto permitiendo un me@or

arrastre

de la fa@a! odos los componentes del sistema de transmisión de la cámara de

despulpado se

ven en la figura .7'!

Iigura .7', Esta figura muestra de forma general los componentes de transmisión,

cuando

se dimensione el sistema mostraremos caractersticas más especificas de estos

componentes!

a) MOTOR 4as caractersticas de este elemento son los siguientes: motor de ba@a revolución carcasa

cerrada, 4a potencia es .9p, la velocidad angular &())RB2, alimentación .)-7

.8)voltios,

estructura frame &H/, frecuencia F)9ertz, monofásico, peso /&lb + e@e de salida (G-$7

&!./$!

7) CA2A REDUCTORA4a ca@a reductora presenta las siguientes caractersticas; la potencia que transmite es de

8!89p, la velocidad de salida -(RB2, la posición del e@e de salida respecto al e@e de

entrada es de ')O, diámetro del e@e de salida & 8G-$! Beso apro5imado es de &))lb!

) POLEA4as poleas están fabricadas a partir de un disco de aluminio &)$ de diámetro + .$ deespesor, en la etapa de despulpado se necesitan . poleas, una instalada en el cilindro

rotor +

la otra al e@e de salida del la ca@a reductora! %mbas poleas se dimensionan con las

medidas

sugeridas por la norma para la instalación de una fa@a en < tipo %, que especifica un

ángulo

&(O a cada lado + un paso K$! 4a polea del cilindro rotor tiene un diámetro e5terno de

&)$

+ un diámetro interno de (!(/$ con un cuñero 8G&F$! 4a polea del e@e de la ca@a

reductora

tiene un diámetro e5terno & 8G-$ con un cuñero de /G&F$!

*) FA2A


24/38

4a banda o fa@a es en mero de frutos

en

una revolución, esto nos da .F!&RB2 5 FH frutos P &,F()!H frutos por minuto, lo que es

igual a &)),..H frutosGhora, se sabe también que cada fruto de tempate posee 8 semillas,

de

este resultado + relacionando otros datos de la planta @atropha llegamos concluir que la

capacidad esperada de la máquina es de 8!8 quintal de semillaGhora! En la figura .7&) se

muestra la forma de operar de la cámara de despulpado!

Iigura .7&), En esta figura se muestra el momento en que las cuchillas se alinean, +

de@an

pasar un fruto de tempate a través de estas!

#.1.$ SEPARADOR Esta etapa de la máquina no presenta tantos problemas de diseño como la etapa de

despulpado, su principio de funcionamiento es la de un clasificador, que permite que la


25/38

semilla salga de él a través de sus paredes hechas de una tela metálica, con agu@eros del

tamaño de la semilla de tempate, que son de &$5&$ cuadrados! Entre los elementos que

conforman el separador tenemos; motor, ca@a reductora, fa@a en v, e@e del separador, aro,

co@inetes, poleas + estructura ver figura .7&&! 4a mezcla cáscara + semilla proveniente

de la

cámara de despulpado es ingresada al interior del separador por medio de la lámina fi@atransportadora! El movimiento de rotación que se le confiere al separador hace que la

mezcla de cáscara + semilla un vez dentro del separador, se desplacen de forma

horizontal a

través de él, en el desplazamiento la semilla va saliendo de poco a poco por los agu@eros

de

las paredes del separador mientras que la cáscara contin>a el desplazamiento hasta

abandonar el separador por donde se encuentra la lámina receptora de cáscara! %lgunos

de elementos del separador requieren de un análisis para su diseño o en su defecto una

selección! odos los elementos del separador requieren de pintura para evitar el

deterioro

de estos por corrosión!

Iigura .7&&, En la figura anterior se muestran todos los elementos del separador, las

dimensiones de estos elementos fueron diseñadas de tal forma, que se pretende evitar

que el

producto caiga fuera del separador + no pueda ser clasificado por este!

%l igual que la etapa de despulpado se pueden clasificar los dos mismos tipos de

elementosque son: los elementos estructurales + los elementos de transmisión! Bara seguir

conociendo

más sobre el separador se describirán los elementos de forma más puntual!

#.1.$.1 ELEMETOS ESTRUCTURALESa) AROEste elemento está formado por tres llantas de hierro plano de &G-$5.$, acopladas entre

s

mediante varillas de hierro redondo de K$, estas llantas a la vez están fi@adas al e@e del

separador por medio de acoples para poder girar @unto a él cuando el movimiento sea

transmitido a este! El aro es la estructura en la cual la tela metálica está instalada por

medio


26/38

de remaches, formando una especie de tómbola parecida a las que se usa en sorteos o

rifas,

la tela es una malla con agu@eros cuadrados cu+as dimensiones &$5&$ permiten el flu@o

de

semillas + retienen la pulpa que se e5pande en el despulpado! El diámetro e5terno de las

llantas es de ./$ + las tres están dispuestas de forma equitativa a lo largo del aro! El arose

muestra en la figura .7&.!

Iigura .7&., muestra la tómbola que permite el separar la semilla de la cascara!

7) E2E SEPARADOR El e@e hará que se mueva el aro que será fi@ado a él, mediante un sistema de transmisión

quese conectará por medio de fa@a + polea al e@e! El e@e deberá soportar todas las

condiciones

de esfuerzos a las cuales estará sometido, +a que estarán presentes distintos tipos de

carga,

debidas a la transmisión + al propio peso de la estructura! El e@e después del análisis de

diseño, tendrá un diámetro &$, una longitud de .!/ metros + el material seleccionado

para

este elemento es un acero &).)! En el e5tremo de la transmisión llevara un cuñero M$

para

la instalación de la polea de aluminio de H$ de diámetro + otros concentradores de

esfuerzos para instalar las llantas del aro + los co@inetes!


27/38

) LAMIA FI2A TRASPORTADORAEstá hecha de lámina hierro 8GFH$ de espesor, tiene un ancho &pie 5 8!/pie de largo, se

coloca de forma inclinada + se ancla a la estructura! "u función es transportar la mezcla

cáscara + semilla que sale de la cámara de despulpado hacia el interior del separador, el

movimiento de la mezcla se da producto de las fuerzas gravitatorias debido a la

inclinación

de la lámina ver figura .7&&!

*) LAMIA RECEPTORA DE SEMILLA

Está hecha de lámina hierro 8GFH$ de espesor, tiene una forma arco en la parte superior,+

plana en la parte inferior, esta soldada a la estructura del separador, está ubicada @usto de

deba@o del separador + su función es recolectar las semillas que caigan del separador +

atraviesen transversalmente al mismo!


28/38

de transmisión deberá mover, estos inclu+en: peso de la semilla + cáscara, la masa del

aro

más los componentes + la masa del e@e del separador! Estos elementos están acoplados

entre s + se mueven en bloque, apo+ados todos estos en los co@inetes que están

empernados

a la estructura principal del separador!

Iigura .7&H, 2uestra los elementos encargados de transmitir el movimiento en el

separador!

a) MOTOR El elemento encargado de producir el movimiento de rotación es un motor monofásico

de

ba@a revolución carcasa cerrada, igual al motor del despulpador! 4a potencia es .9p, la

velocidad angular &())RB2, alimentación .)-7.8)voltios, estructura frame &H/,

frecuencia F)9ertz, monofásico, peso /&lb + e@e de salida (G-$!

7) CA2A REDUCTORA

4a ca@a de reducción de velocidad a diferencia de la ca@a de la despulpadora, presentauna

posición del e@e de salida a &-)O respecto a la del e@e de entrada! Broporciona una

velocidad de salida de H)RB2, transmite &9p de potencia + es de posición horizontal! ) ACOPLEEste elemento sirve para acoplar el motor a la ca@a reductora, tomando en cuenta que el

diámetro de del e@e del motor es de (G-$ + el diámetro del e@e de entrada de la ca@a

reductora es de &&G-$, este tendrá que resistir los esfuerzos cortantes provocados por los

torques del motor + la ca@a reductora!

*) POLEAS4as poleas de este sistema de transmisión están construidas de aluminio, para disminuir

lacarga del motor + la ca@a reductora! 4as dimensiones de las poleas corresponden a las de


29/38

una transmisión por medio de una fa@a en n la norma para este tipo de fa@as, estas medidas deben ser: un ángulo de &(O por

lado +

el paso de K$! Bor lo que se verifica en figura &7&8 se pueden ver dos poleas en estesistema; una de H$ diámetro e5terno, &$ de diámetro interno con un cuñero /G&F$

ubicada

en el e@e del separador + la otra polea es de 8$ de diámetro e5terno, & &G-$ diámetro

interno

con un cuñero de M$!

+) CO2IETESEste elemento fue seleccionado de acuerdo a las cargas que está soportando el e@e del

separador, mediante un procedimiento indicado por los fabricantes descrito en la inciso

que

aborda el diseño + selección de los elementos de la máquina, las caractersticas fsicas

estánde acuerdo a las del e@e, el diámetro interno de los co@inetes es &$! Este elemento consta

de

una chumacera que viene con perforaciones para pernos para acoplar los elementos a la

estructura del separador! "e necesitan dos co@inetes + estos están ubicados en los

e5tremos

del e@e del separador! "on co@inetes de bolas capaces de soportar grandes cargas radiales

+

moderadas cargas a5iales, lo que los convierte en ideales para la aplicación!

#.1.$.$ CAPACIDAD DEL SEPARADOR Qa conocidos todos los componentes del separador, se comprende la forma de operar de

esta etapa de la máquina + se definen las caractersticas de operacionales del sistema

detransmisión, se puede hacer una estimación de la cantidad de semilla que puede

clasificar el

separador! onocidas las dimensiones de las poleas + la velocidad del e@e de salida de la

ca@a reductora se obtiene la velocidad de operación del separador que es de 8)RB2, +

tomando en cuenta las dimensiones del separador + especficamente la tela metálica se

espera se clasifiquen unas H quintales de semillaGhora!

#.# SISTEMA EL5CTRICO DE LA MA!UIABara las dos etapas de la máquina la alimentación eléctrica coinciden, +a que los

motores

requeridos tienen la misma capacidad, el tipo de alimentación requerida es ..)


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BR)&F6, instalado en su ca@a protectora, de la misma marca, de modelo

B%E?

"F/6! El guardamotor tendrá que a@ustarse a la corriente 0carga má5ima del motor1,

para

ello viene provisto de un regulador de corriente!

El cableado de la máquina también se selecciono de acuerdo a las caractersticas propiasdel

sistema, atendiendo aspectos como: la cantidad de corriente a conducir, potencia,

temperatura de operación, monta@e entre otros; llegando a seleccionar un cable

"C0%SJ1

&.., este se ubicara en distintos puntos de la estructura, conectando el guardamotor al

motor, + este mismo servirá para el acoplamiento a la alimentación eléctrica del lugar!

Bara tener una idea más clara del funcionamiento del sistema eléctrico se puede

observar la

figura .7&/! Donde se pueden observar las lneas de alimentación del sistema que

funciona

a ..)< corriente alterna, ellas se conectan al sistema de la máquina mediante un puntoseguro o toma, luego estas llegan a las puertos de los guardamotores, estos poseen

protección interna para salvar a los motores de cualquier problema eléctrico + un

sistema de

accionamiento manual para controlar el encendido o apagado de los motores! Bor >ltimo

el

sistema eléctrico se conecta con los motores, esta cone5ión viene dada seg>n

indicaciones

en las fichas técnicas del motor!

Iigura .7&/, se muestran las cone5iones que se hacen en los motores!

2.+ %$#E304 #ELECC$-& 5 "A!,$CAC$-& %E L0# C0MP0&E&TE# %E LA M1/$&A% continuación se describen los pasos a seguir para diseñar los componentes de la

máquina,

haciendo uso de las técnicas de diseño + selección de elementos de máquina +

analizaremos

algunos parámetros empricos suponiendo los posibles resultados de los fenómenos

fsicos

relacionados con los movimientos de rotación efectuados por las dos etapas de lamáquina


31/38

que son la despulpadora + el separador! "e establecerán las variables de diseño como

punto

de partida, para comenzar con el proceso de diseño + selección, estas variables vienen

dadas por las mismas caractersticas fsicas del tempate que viene a ser nuestro fluido de

traba@o haciendo una analoga con el campo del área térmica! Definidas las variables de

diseño detallaremos todos los componentes especficos de la despulpadora + elseparador,

+a que estos componentes requieren en algunos casos procedimientos de diseño + en

otros

procedimientos de selección! *na vez terminados los procesos de diseño + selección se

establecerán los materiales, formas + tamaños de cada componente de la máquina! Bor

otra

parte también se deben seleccionar dispositivos motrices capaces de proporcionar la

energa

cinética o cualquier otro tipo de energa que se requiera + en las proporciones necesarias

establecidas por las caractersticas de funcionamiento de los componentes en cuestión!

"emencionaran también los procesos de fabricación de los componentes + el sistema

eléctrico

de la máquina que está relacionado con el encendido + protección de los motores!

$.1 VARIABLES DE DISE9O4as principales variables de diseño son las caractersticas fsicas propias del tempate,

como

lo son; las dimensiones, consistencia fsica + otras propiedades como los fluidos que

este

puede desprender en el momento de ser despulpado! En los captulos anteriores

mencionamos todo lo relacionado con el tempate + sus caractersticas fsicas +

agrcolas,

haciendo un resumen del tamaño promedio esperado en fruto de tempate + las tres

semillas

que este contiene establecemos los siguientes datos que se muestran en la tabla 8!&!

$.# DISE9O DESPULPADORAEl despulpado esta dentro de la primera etapa de la máquina, los componentes

principales

de esta etapa son: la cámara de despulpado, cámara receptora, sistema de soporte +

regulación, sistema de transmisión, sistema eléctrico, estructura o bancada + los

elementos

de su@eción! ada uno de estos componentes está sometido a un análisis de diseño para poder ser dimensionados! Estos procedimientos obedecen a ciertas condiciones de

operación propias de la máquina + las condiciones ambientales a las cuales esta será

sometida!

$.#.1 DISE9O C8MARA DE DESPULPADO4a cámara de despulpado es el componente más comple@o + más importante de toda la

máquina, +a que es la encargada de cumplir el ob@etivo principal que es despulpar o

descascarar el fruto de tempate sin causar daño a la semilla, +a que es la que contribu+e

finalmente en la producción de biodiesel! 4a cámara de despulpado también contiene

otros

elementos o subcomponentes que se analizaran de forma individual para facilitar su

diseño


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o selección seg>n sea el caso! 4os subcomponentes con los cuales está equipada la

cámara

son: el cono fi@o, cono + cilindro rotor, cuchillas cono rotor + las cuchillas cono fi@o! 4a

forma de operar de dicha cámara es mediante la acción del movimiento de rotación

conferido al cono + cilindro rotor, en este proceso interact>an las cuchillas del cono

rotor con las cuchillas del cono fi@o, el cono fi@o está anclado a la estructura de la máquina,

como

su nombre lo indica no presenta ning>n movimiento, luego que el fruto de tempate

queda

atrapado entre las cuchillas de los conos, se da el efecto de corte en la fibra vegetal del

fruto, este efecto es parecido al de una guillotina! odos los subcomponentes de la

cámara

de despulpado están sometidos a condiciones de corrosión e5tremas por lo que todos

estos

están fabricados de un mismo material que es el acero ino5idable cu+as propiedades son

resistentes a dichas condiciones, las propiedades se observan en las tablas 8!.!$.#.# DISE9O DE CUCHILLAS"e procede entonces a dimensionar las cuchillas que realizaran el despulpado, estas

cuchillas estarán dispuestas en los dos conos que están instalados de forma concéntrica,

situados a una distancia que podrá ser variada seg>n el tamaño del fruto que estará

siendo

procesado en ese momento! Dichas cuchillas estarán ubicadas en cada uno de los conos

para proporcionar un efecto de guillotina sobre el fruto, partiéndolo + despo@ándolo de

la

semilla, en figura 87& se muestra un esquema del fenómeno fsico mencionado! *na de

las

cuchillas tendrá que estar en movimiento para producir dicho efecto 0guillotina1, con lo

que

el cono e5terno estará en movimiento de rotación mediante la acción de un sistema de

transmisión cu+as caractersticas se determinaran más adelante!

Iigura 87&, 2uestra la forma de operación de la cámara de despulpado!

4as cuchillas en cada cono estarán ubicadas a una distancia tal que permita el paso de

un

fruto de tempate entre ellas como se muestra en la figura 87., la forma de las cuchillas

también facilita el flu@o del fruto hacia la parte inferior de los conos, la disposición

geométrica espacial de las cuchillas en ambos conos permitirá fluir solamente - frutos

de

tempate cada vez que las cuchillas se alineen, la alineación podrá ocurrir ocho veces enuna


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revolución, con lo que estaran teóricamente entrando a la cámara de despulpado FH

frutos

por revolución! Bara lograr que las cuchillas permitan el flu@o de tempate hacia la

cámara de despulpado, se han calculado el tamaño + la distancia a las cuales estas

cuchillas estarán

ubicadas dentro de las dimensiones de cada uno de los conos! 4os cálculos son medianteecuaciones comunes, el tamaño se refiere a los segmentos de ángulos necesarios para

obtener las dimensiones deseadas + la distancia se refiere a los segmentos de ángulos,

que

determinan la longitud necesaria a la cual estarán ubicadas una cuchilla respecto de la

otra

en un mismo cono, dichos valores de ángulos se podrán observar cuando

dimensionemos la

cámara de despulpado! 4as cuchillas tienen un borde con un afilado para facilitar el

corte!

Iigura 87., 2uestra la disposición geométrica de las cuchillas dentro de sus respectivos

conos!*na vez definido el mecanismo de despulpado, se puede mencionar las caractersticas

fsicas de la cámara de despulpado, que contara con &F cuchillas para realizar esta tarea,

las

cuchillas estarán distribuidas de la siguiente manera; - de ellas en el cono rotor + -

cuchillas en el cono fi@o!

$.#.$ SELECCI% DE MATERIAL DE LA C8MARA DE DESPULPADOBara complementar el diseño de la cámara de despulpado, se debe tomar en cuenta no

solo

las dimensiones del fruto si no también los fluidos que este desprenderá en el momento

del

despulpado, por lo que, la corrosión se vuelve critica, el material para estas condicionesaltamente corrosivas debe ser un acero ino5idable, +a que además se deberá agregar las

condiciones ambientales locales que contribu+en a la corrosión! Dicho material deberá

ser

utilizado en todos los componentes que forman la cámara de despulpado, el cono rotor,

cono fi@o + todas las cuchillas con el fin de alargar la vida de la cámara! Bara hacer cara

a

todas las condiciones operación se hace uso de un acero ino5idable cu+as propiedades

fsicas, mecánicas + qumicas cumplan con todas las e5igencias mencionadas! Bor lo

que el

material a utilizar es el acero ino5idable %T"T 8)H, cu+as propiedades se pueden

observar


34/38

en las tablas 8!.! odos los componentes de la cámara de despulpado se fabricaran a

partir

de una lámina de acero ino5idable de M$5HU5-U, + cu+os detalles de fabricación se verán

más adelante!


35/38

$.#. SELECCI% DE LA VELOCIDAD DE OPERACI% DE LADESPULPADORA4a velocidad para realizar el despulpado deberá ser relativamente ba@a, para evitar que

la

semilla del fruto sea triturada a consecuencia de la energa cinética elevada que se leconfiere a las cuchillas, para alcanzar la velocidad requerida se emplearan reductores de

velocidad +a que los motores eléctricos traba@an solo a altas revoluciones, las

dimensiones

de estos equipos se podrán determinar más adelante cuando se dimensionen el sistema

de

transmisión! En conclusión las velocidades recomendadas para la despulpadora + el

separador están entre ./ 3 /) RB2!

$.#.3 DIMESIOAMIETO DE LA C8MARA DE DESPULPADOBara determinar el tamaño de la cámara de despulpado, se toma como referencia el

tamaño

de los frutos de tempate, para poder determinar los espacios que deben proporcionar losconos + las cuchillas, dichos espacios permiten el paso del fruto de tempate a través de

la cámara de despulpado, por lo que los tamaños de los conos + las cuchillas fueron

calculados de tal manera que se deberán formar estos espacios! "e opto por una

pendiente

de F)O en ambos conos para un me@or deslizamiento del fruto a través de estos, como se

muestra en la figura 878! El material para estas piezas es una lámina de acero ino5idable

de

M$ de espesor, se espera que con este espesor soporte todas las condiciones de

operación!


36/38

4as dimensiones de la cámara de despulpado son las que se observan en el esquema

anterior, las medidas están en pulgadas, se definen las alturas de los conos + las

cuchillas, el

cono rotor es el de color ro@o + funciona como un cono hembra, el cono fi@o el de colorazul funciona como un cono macho, se puede observar que los conos guardan una

distancia de

.$ que responde a la má5ima dimensión que un fruto de tempate puede alcanzar, por lo

que

el fruto podrá ingresar fácilmente entre los conos! "e menciono anteriormente para el

tamaño de las cuchillas es necesario calcular la longitud de arco prevista para mantener

las

distancias que permita el paso del fruto dentro de la cámara de despulpado! "e analizará

primero el cono rotor, este cuenta con - cuchillas, el relieve de las cuchillas en este cono

es

de )!/$ que se refiere a la altura de estas sobre la superficie del cono rotor en el plano aF)O!

onocida la altura de las cuchillas + conocidas también las pendientes de los conos se

pueden obtener las relaciones de radios con cada uno de los e5tremos de las cuchillas

0cara

superior + cara inferior1, por lo que se pretende establecer una distancia o longitud de

arco

de .$ de cuchilla a cuchilla ubicadas dentro del cono rotor, esta distancia es prudente

para

permitir el paso del fruto al interior de las cuchillas! En la figura 87H, se puede ver que la

cuchilla rotora tiene una longitud de 8!/$ a lo largo del cono partiendo de la parte

inferior

de este, por lo que podemos asociar un circulo con un radio de /!FH$ + como acabamos

de

mencionar, se sabe que la distancia de una cuchilla a otra es .$, + que el numero de

tempates que deben ingresar a la cámara son - cuando las cuchillas estén alineadas

0figura

87.1, entonces para determinar la longitud de arco de la cuchilla + la distancia se usa la

ecuación &!&:

4 P VR 0&!&1

Donde: W ángulo en grados

R radio del crculo en pulgadas4 longitud de arco en pulgadas

Brimero se determinaran los ángulos de las caras superiores de las cuchillas del cono

rotor!

Despe@ando de la ecuación &!& para una longitud de arco de 4P.$ + RP/!FH, con lo que

resulta un ángulo WP .)!8&O, por lo que un recorrido de ')O se necesitan dos ángu los W

para

permitir el paso de dos frutos de tempate por lo que las dimensiones angulares de las

cuchillas son:

θP P &F!HFO, por lo que al hacer la distribución en 8F)O, se requieren:

H ángulos P&F!HFO 0cuchilla pequeña1

H ángulos P8.!'.O 0cuchilla grande1- ángulos WP .)!8&O 0corresponde a la distancia de una cuchilla a otra cuchilla1


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"iempre en la parte superior de la cuchilla se determinan los ángulos para determinar las

longitudes de arco que se necesitan para mantener la distancia entre cuchilla + cuchilla

que

es el ob@etivo de estos cálculos, como la cuchilla tiene una altura )!/$ el nuevo radio es

RP/!&H$ + de la ecuación &!& obtenemos un nuevo ánguWlPo P P ..!.'O,

siguiendo con el procedimiento anterior para un ángulo de ')O tenemos:θP P &/!&HO, por lo que al hacer la distribución en 8F)O, se requieren:

H ángulos P&/!&HO 0cuchilla pequeña1

H ángulos P8)!.-O 0cuchilla grande1

- ángulos WP ..!.'O 0corresponde a la distancia de una cuchilla a otra1

ompletados estos cálculos obtenemos las dimensiones de la parte superior de las

cuchillas

en el cono rotor, se puede ver que se necesitan . tipos de dimensiones de cuchillas, +a

que

se necesita mantener una distancia .$ de una cuchilla a otra, una cuchilla es el doble que

la

otra como se ve en los ángulos + ! 4as cuchillas están distribuidas en el contorno delcono rotor de la siguiente manera; H cuchillas grandes + H cuchillas pequeñas, en el

radio

tomado como referencia del cilindro rotor a una altura de 8!/$ medida verticalmente

desde

la parte inferior del cono rotor!

Iigura 87H "e muestra el cono rotor con una cuchilla para calcular sus dimensiones!

En la figura anterior se muestra el cono rotor con una cuchilla en color amarillo para

observar las dimensiones que se usan para los cálculos de las dimensiones de las

cuchillas!

"e debe notar que lo hecho hasta ahora corresponde >nicamente a la parte superior de

lascuchillas del cono rotor!

4os procedimientos anteriores se hacen también para la parte inferior de las cuchillas,

en

este caso se trata del radio inferior del cono rotor de 8!-(/$ se le resta M$ del espesor de

la

lámina de acero ino5idable por lo que el radio es 8!F./$, como la altura de la cuchilla es

de

)!/$ entonces el nuevo radio de referencia es de 8!&./$, se aplica de nuevo la ecuación

&!&,

de esta manera se terminan los nuevos valores de W para estos radios:

Bara el radio de 8!&./$ queda:P P P 8F!FO


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θP P /!FO

maquina despulpadora de tempate

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