Analisis Y Diseño DE Maquina Cribadora DE Quinua PDF

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El presente trabajo fue elaborado con el objetivo de diseñar una criba cribadora vibradora para granos ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

ANALISIS Y DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE MAQUINA CRIBADORA DE QUINUA NOMBRES: JHONY AREVALO ACARO RUSSY ERICA PARI PARI WALTER LAYME PANTI RENE YORAMA QUISPE PIEDRA ADRIANA YUCRA SUCAPUCA DOCENTE: ING.: NIDIA GARCIA NAUTO CURSO: DISEÑO DE EQUIPOS AGROINDUSTRIALES SEMESTRE: VI MOQUEGUA-PERU 2021

ANALISIS Y DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE MAQUINA CRIBADORA DE QUINUA

1.INTRODUCCION La idea de este proyecto, nace a partir de una problemática detectada en la carrera de ingeniera de agroindustrial de la universidad nacional de Moquegua ya que no se cuenta con una cribadora de quinua para la selección de granos y así poder realizar prácticas de laboratorios, como también para implementar una planta de procesos de la quinua, así poder contribuir en la enseñanza de los estudiantes y trabajos de investigación. Ya que el tema de cereales, granos es muy importante en nuestra carrera de ingeniería agroindustrial lo cual la problemática consiste en que después del trillado de la quinua, la quinua sale con impurezas de muchos tipos: como residuos, partículas de suelo, etc. Algunos granos de quinua toman aspectos indeseables, dando al producto un menor valor comercial. Al diseñar un prototipo de maquina capaz de solventar dicha necesidad, se estima que, a través del proceso de selección orientado por un sistema mecánico de criba, el producto final esté libre de impurezas y una buena selección de granos. La máquina cribadora es de vital importancia en sector agrícola para realizar este proceso de manera eficiente y garantizar una mejor limpieza y selección de granos de quinua.

2.PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA -Falta de maquina cribadora en laboratorio de cereales de la universidad nacional de Moquegua. -Después de su post-cosecha la quinua presenta impurezas de muchos factores.

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3.OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL -Diseñar un prototipo de maquina cribado ra de quinua reduciendo el tiempo de limpieza con respecto al tradicional. 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS -Diseñar una cribadora de quinua con orificio más largo que ancho. -Simular mediante el programa kétchup el funcionamiento de la cribadora de quinua. -Realizar un análisis del costo beneficio de diseño de la cribadora de quinua. 4.MARCO TEORICO 4.1 Criba Una criba es una maquina mecánica que permite separar piedras, tierra o granos de otros cereales basándose en su diferencia de tamaño. Pueden ser grandes planchas horizontales,(García, 2014). 4.2. Partes de una criba 4.2.1. Tolva Comprende un depósito, un regulador del flujo de granos y un eje con aspas para empujar a la mezcla hacia la zaranda. 4.2.2. Sistema de ventilación El sistema de ventilación sirve para eliminar las impurezas livianas por medio de un flujo de aire. Generalmente comprende un ventilador, una cámara gravitacional y un ducto de succión de impurezas. El ventilador generalmente es de succión para evitar la contaminación ambiental y su número puede ser de uno a cuatro. La cámara gravitacional tiene un gran volumen donde se disminuye la velocidad del aire que transporta las impurezas con lo cual se consigue que las impurezas se sedimenten en el fondo de la cámara para luego ser descargadas. El ducto de succión transporta las impurezas y comunica el área de separación con la cámara gravitacional.

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4.2.3. Zarandas Las zarandas son chapas metálicas perforadas o hilos metálicos tejidos en forma de mallas provistos de un marco de madera o metal. Se colocan con una inclinación entre 6° y 12° pudiendo ser sus agujeros de forma redondas, ovaladas, triangulares, oblongas, etc.; las mallas de hilos metálicos tienen orificios rectangulares o cuadrados. Se elige el tipo de zaranda según sea el tipo de grano a limpiar. Por ejemplo, las zarandas de orificios redondos se recomiendan para granos de formas esféricas o redondeadas, mientras que las de forma oblonga para materiales de forma alargada. Dichas zarandas se instalan de tal forma que el eje mayor del orificio esté

en la

dirección del

movimiento de

los granos para facilitar

su

separación,(Juarez, 2016). 4.2.4. Sistema de vibración El sistema de vibración posee dispositivos capaces de modificar la amplitud y la frecuencia de la oscilación con lo cual se puede regular y facilitar el ingreso de los granos de diversas formas por los agujeros. 4.2.5 Limpiador de zarandas El limpiador de zarandas es necesario debido a que normalmente durante el funcionamiento de las máquinas de ventiladores y zarandas los orificios de la zaranda se quedan bloqueados por los granos o las impurezas lo cual reduce la eficiencia y el rendimiento de la máquina,(BAZALAR, 2004). En el estudio realizado por PROINPA el 2018 “Determinación del tamaño de grano antes y después del beneficiado en variedades de Quinua Real para sustentación técnica de la posición país en la Norma del Codex”, se evaluó la variabilidad del tamaño de grano en variedades de Quinua Real, en este se evidenció la existencia de granos de diferente tamaño, clasificados por diámetro en mayor a 2,5 mm; de 2,0 a 2,4 mm; de 1,5 a 1,9 mm; menor a 1,5 mm,(Zhu et al., 2019).

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5.SINTESIS Al presentar el prototipo de la maquina cribadora es aportar un equipo para el laboratorio de la carrera de ingeniería agroindustrial mediante ello realizar trabajos de investigación y más adelante tener una planta propia de proceso de cereales. 6.ANALISIS Y OPTIMIZACION 6.1. Análisis Bibliográfico sobre las maquinas clasificadoras vibratorias inerciales Actualmente los métodos de optimización aplicados a las cribas vibratorias están enfocados principalmente en los métodos de elementos discretos (MED) y el método de los elementos finitos (MEF).Podemos citar el trabajo realizado por (Zhao, Zhao, Liu, & Li, 2014), titulado un estudio matemático del flujo de partículas en una cubierta de pantalla de plátano mediante el método de los elementos discretos (DEM) en el cual se estudiaron las características del movimiento de las partículas en la cubierta de la pantalla. El diseño es parte de la evaluación de cargas debidas a la presión de los granos contra la máquina y los tornillos donde se produce la alimentación. Para ello se los evalúa en un cilindro localizado entre el rotor y la criba. Los granos de quinua que se determinan por los valores porcentuales de las características, indistintamente de la clasificación del tamaño,(INDECOPI, 2009). . CUADRO 1: Determinación de los granos de quinua en función del diámetro promedio. Tamaño de los Diámetro promedio de los granos

granos expresados en mm

Malla

Extra grande

Mayor a 2.0

85 % retenido en la malla ASTM 10

Grandes

Mayor a 1.70 - hasta 2.0

85 % retenido en la malla ASTM 12

5

Medianos

Mayor a 1.40 - hasta 1.69

pequeños Pequeños

85 % retenido en la malla ASTM 14

Menor a 1.4

85 % retenido en la malla ASTM 14

6.2. Sistema de optimización de criba vibratoria El sistema de Pro-Deck de W.S Tyler aumenta al máximo las posibilidades de los sistemas de criba. En este modelo se pone en práctica un análisis y estrategia de modificación en las operaciones del proceso para aumentar al máximo la productividad de la criba y reducir el desgaste al seleccionar al tipo apropiado de criba en función de las tres fases del cribado. Este tipo de acercamiento permite con seguir un proceso de criba completamente optimizado y así lograr una eficiencia y productividad. El Pro-Deck está basado en una serie de acercamientos personalizados para cada una de las necesidades específicas para planta. Por lo general, las operaciones del proceso tienden a usar los mismos medios de criba en cada cubierta de la criba vibradora. El material en movimiento sobre la criba supera tres fases diferentes conocidas como fase encapas, fase básica y fase aguda de criba. Cada una de ellas funciona de una forma diferente, por lo que un medio personalizado de criba ayuda a lograr los dos factores más importantes en la criba: áreas abiertas y vida de desgaste. 6.3. Modelo matemático de una cribadora La teoría cinemática de los materiales en el cribado se basa en la distribución de tamaños de partículas acumuladas. Donde los parámetros más importantes son la capacidad y la eficiencia de la criba. Capacidad de la criba vibradora

Ecuación 1

Ecuación 2 6

Eficiencia de la criba

Velocidad promedio del material

Ecuación 3

Probabilidad de que el material ingrese a la criba

Ecuación 5

Probabilidad que todo el material ingrese C = 1-(1-CX0)n …………………Ecuación 6 Donde: a=Espacio entre los hilos de la criba b=Diámetro del hilo de la criba L=Longitud de la criba N=Numero de cribas A=Amplitud de la criba Además de considerar las fases de criba, este modelo también evalúa las características materiales, el uso actual de la planta y las calidades del producto final para garantizar la mezcla de los medios de criba. Los ajustes en los medios de criba se realizan en cada sección de una vez y los resultados son monitorizados con detenimiento. El análisis de las características del material se une a las adaptaciones a los medios de criba para para ajustar, materiales húmedos, secos o incluso abrasivos. El proceso de Pro-Deck comienza con una visita a la criba vibratoria. Mediante el uso de una herramienta de análisis de vibración, el equipo de cribado de W.S Tyler comprueba que la maquina está trabajando de los parámetros operativos requeridos para este mineral. El modelo, de acercamiento de

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Pro-Deck puede aplicarse a cualquier unidad de criba vibratoria prácticamente en cualquier aplicación.

6.4. Mejoramiento en la optimización de la criba El trabajo desarrollado por la criba dentro de las propuestas de mejora, se diseñaron las arandelas de sujeción, tanto de los tornillos de las tapas de los cojinetes como los de las copas de los cojinetes, evitando que se aflojen a causa de las vibraciones producidas y caigan sobre la transmisión dentada, provocando la rotura de sus dientes y por tanto la descompensación de la criba. La selección del tamaño del orificio utilizado en las zarandas está en función del grano que se va a limpiar,(Chibás Laborde, 2008). 6.5. Determinación de los gastos de energía eléctrica El gasto de energía durante el cribado se determina por la ecuación: AE

∑ N.K1.K2.T n1.

; ⌊kW. h⌋

Donde ∑N – Potencia consumida por el motor de la criba ∑N = 7.5 kW K1 – Coeficiente que considera el grado de utilización de la potencia nominal K1 ≈ 0.75 % 0.85 K2 – Coeficiente que considera el grado en la jornada de trabajo. Para este caso se considera. K2 = 0.85 % 0.90 T: tiempo de trabajo analizado en horas ηL – Coeficiente que considera las pérdidas en la línea de transmisión eléctrica. ηL = 0,90 % 0,95 - Para una jornada de 8 h de trabajo: AE = 45.5kW. h

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- Para un mes de trabajo de la criba: AE = 1091.4 kW. h - Para un año de trabajo AE = 13068 kW. H

7.ESQUEMA DE DISEÑO la presente imagen es el esquema en programa sktepchup con sus medidas.

Imagen 1:CRIBA VIBRADORA PARA GRANOS DE QUINUA 8.DISEÑO DETALLADO Son elementos de la maquina cribadora para la selección de granos de quinua.

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Imagen 2: ZARANDAS

IImagen 3: TOLVA

9.FICHA TECNICA DEL EQUIPO Y SUS ELEMENTOS Ficha técnica de criba vibratoria lineal 1-. Descripción del equipo La máquina de criba vibratoria lineal es una máquina clasificadora de tamaño vibratorio, accionada por un motor vibratorio eléctrico, que clasifica las materias primas de acuerdo con diferentes tamaños de malla y separa las materias primas en fracciones de diferentes tamaños. Se utiliza principalmente para el reciclaje de minerales, cereales, caucho, industrias químicas, etc. Los motores horizontales perfectos se utilizan como fuente de energía para tamizar el material en la pantalla mientras se mueve en línea recta. Puede equiparse con pantallas de una o varias capas para lograr la clasificación, eliminación de impurezas, eliminación de polvo, inspección, lavado, deshidratación y otros fines.

2-. origen de la tecnología

4-. condiciones de operación

Shanghái, China

4.1 -. Sistema de alimentación. – almacena el cereal momentáneamente para su posterior selección y está conformado por:: Tolva:

La tolva alimenta a la criba con el cereal y está compuesta de planchas, cuyo espesor está calculado según la carga que tiene que soportar

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4.2-. Sistema clasificación: La función es la de seleccionar por tamaños el material que ingresa a 3-. características de construcción:

la criba y está conformado por

Modelo DZSF 515 -2vibración lineal pantalla (o

Criba:

de la criba vibratoria sifter máquina)

mediante planchas ubicadas una

3.1-. Técnicas y materiales: los 4 materiales disponible,

Selecciona por tamaños el material, encima de la otra, perforadas de

todos los acero

distintos diámetros que han sido

inoxidable 304 o 316 o tocar la parte SUS304 o

calculados en función al material a

acero al carbono Q235A.,

cribar

1. 10 piezas de acero inoxidable de 1/6

4.3-. Sistema de transmisión mecánica Es el

2. 1 tubo de acero inoxidable

encargado de dar movimiento a la máquina, con

3. 1 tolva

distintos componentes que brindan movimiento a

4. 8 soportes de acero inoxidable de 1/ 16”.

la zaranda y está compuesta por:

5. Malla de acero (3 a 6 capas)

Eje

6. 2 Motores (35 kW ME-1230)

zaranda mediante sacudidas por el

7. Poleas

peso de las poleas excéntricas

8. Roscas

Polea

9. 6laminas de acero inoxidable

de vaivén en las zarandas

11. Piezas adicionales:

Bandas

a) Ruedas (4 und)

4.4. Sistema eléctrico: La función es de

c) Prueba de ruido de sótano

suministrar y controlar la energía eléctrica que

d) Agujero de alimentación especial (2 und) y el fomento de dispositivo de control de

produccion:

necesita la criba para su funcionamiento y está compuesta por:

200

Motor

Sets/Month

es el que proporciona el movimiento a través de las bandas

3.3 Dimensiones: a) Área del cribado y alimentación ( 2.000 mm*4000mm.

encargadas de transmitir la fuerza del motor eléctrico a la zaranda.

b) Agujero de inspección

-.capacidad

son dos poleas que tienen masas excéntricas y producen el movimiento

10. 4 piezas de soporte

3.2

su función es de dar movimiento a la

)con

la

tolva

de

Tablero y se utiliza en los sistemas eléctricos Protección de potencia para evitar la destrucción Eléctrica

de equipos.

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alimentación

(largo(1.24

)ancho(0.74)

,altura ( 0.74) m) b) Área de transición mecánica o soporte : Soportes metálicos ((1.55, 0.37,0.32) Zaranda (0.96 ,0.16,0.38) Distancia de los roscas ( 0.97m) Tubo de acero (1.24 ,0.16 ,0,16) c) Área de sistema eléctrico : Lamina (1.35,0.85,0.42) Soportes 1. Primero :0.44 (largo ),0.2 (diámetro ) 2. Segundo 0.25 (largo ),0.2 (diámetro )

Imagen 4. Criba vibradora I5-. aspectos económicos 5.1 Costos de fabricación Modelo en acero inoxidable 304 0 316 ( con motor) De

acero carbono

Q235 A

(Dzsf515-2 Vibrating Creen) costo

de (U$S): 88888.8

unidad

(soles) : 320408.57

5.2-.Costo de operación : Costo energía

de 35 kW en un día 30 a 35% O de eficiencia

electricidad (s por hora ) Mano de obra

Se requiere una persona

necesaria

para ser operado

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Imagen 5. Vistas de criba Vistas

Fuente: Propia

10. CONCLUSIONES El diseño del prototipo es de gran importancia para la selección de granos de quinua para así realizar buenas prácticas en laboratorio de la Universidad Nacional de Moquegua. Este tipo de cribas se utilizan con dos objetivos de forma habitual cuando se desea tratar una gran capacidad de material y obtener una elevada eficacia en la operación de tamizado. La capacidad, sobre todo en los tamaños más finos, es mucho mayor que en cualquiera de los otros tipos de cribas, por lo que han remplazado prácticamente a todos los otros tipos, ya que la exactitud de la selección de tamaños, tanto el aumento de la capacidad por unidad de área y el bajo coste de mantenimiento por tonelada de material tratado y debido a su tamaño menor y el ahorro de espacio para la instalación ya que, este tipo de criba reemplaza a la maquina industrial de selección y a la maquina industrial que hace la limpieza lo que en el mercado se puede encontrar, pero con un precio sobrecargado por la ventajas

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que ofrece este tipo de criba. Con este prototipo muy aparte de ahorrarse un dinero lo que es en su traslado, también brinda el fácil manipuleo en su operación.

11.BIBLIOGRAFIA A. (S. F.). Low-cost Linear Vibrating Screen In Large Quantity - Buy We Sell Urea In Large Quantities,Large Quantity Of Salt,Sugar Largo Quantity Product on Alibaba.com. www.alibaba.com. Recuperado 12 de enero de 2021, https://www.alibaba.com/product-detail/Low-cost-Linear-Vibrating-Screen in_1600143009544.html?spm=a2700.gallery_search_cps.normalList.1.7fb65982o DOKmg BAZALAR, H. A. V. (2004). Diseño y fabricación de Una máquina limpiadora de trigo. 131.

Recuperado

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Üre Granülleri Doğrusal Titreşimli Elek Makinesi Büyük Kapasiteli Kurulumu Kolay. (s. f.). AAREAL. Recuperado 12 de enero de 2021, de http://turkish.vibroscreen.com/sale-12610507-urea-granules-linear-vibrating-screener-machinelarge-capacity-easy-to-install.html.

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Αγαη,

8(2),

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