Ingeniería Mecánica · 2024
Diseño y construcción de un prototipo de máquina peletizadora para la granja porcícola el Lucero
La Granja “El Lucero”, ubicada en la vereda Tierra de Castro del municipio de Moniquirá (Boyacá), se dedica a la producción de cerdos en todas sus etapas. Cuenta con alrededor de 40 cerdas de cría cuya capacidad pretende aumentar; y, asimismo, prepara el alimento con las materias primas que se encuentran en la granja debido al alto costo que poseen actualmente los concentrados en el mercado. Con el propósito de tecnificar y mejorar las formas de producción de alimento para los cerdos en la granja, se diseñan los equipos involucrados en el proceso de peletizado (alimentador, acondicionador, cámara de peletizado y enfriador) para una capacidad de 500 Kg/h. Para demostrar los beneficios de la tecnificación se construye un prototipo de la peletizadora para una capacidad de 50 Kg/h. Además, se realiza un análisis económico para estudiar el impacto que provoca el proyecto en la granja.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 20
- 1. FORMULACION DEL PROBLEMAp. 21
- 1.1 IDENTIFICACION DEL PROBLEMAp. 21
- 1.2 JUSTIFICACIÓN PARA LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMAp. 23
- 1.3 OBJETIVOSp. 24
- 1.3.1 Objetivo Generalp. 24
- 1.3.2 Objetivos específicosp. 24
- 2. SISTEMAS MECÁNICOS DE PELETIZADOp. 25
- 2.1 PELLETS DE ALIMENTO CONCENTRADOp. 25
- 2.2 PROCESO DE PELETIZADOp. 26
- 2.2.1 Subsistema de alimentaciónp. 27
- 2.2.2 Subsistema de acondicionamientop. 27
- 2.2.3 Subsistema de peletizaciónp. 27
- 2.2.4 Subsistema de enfriamientop. 27
- 3. DISEÑO CONCEPTUALp. 32
- 3.1 DESPLIEGUE DE LA FUNCIÓN DE CALIDAD (QFD)p. 32
- 3.1.1 Requerimientos del clientep. 32
- 3.1.2 Matriz de calidadp. 33
- 3.1.3 Ponderación de resultadosp. 34
- 3.2 PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVASp. 35
- 3.2.1 Alternativa 1. Peletizadora de matriz fijap. 35
- 3.2.2 Alternativa 2. Peletizadora de matriz giratoriap. 35
- 3.2.3 Alternativa 3. Peletizadora de matriz fija con 3 rodillosp. 36
- 3.2.3 Evaluación de alternativas del subsistema de compactación (peletizado)p. 37
- 4.DISEÑO DE DETALLEp. 41
- 4.1 CARACTERIZACIÓN DEL ALIMENTOp. 41
- 4.2 DISEÑO DEL ALIMENTADORp. 44
- 4.2.1 Parámetros básicos del tornillo alimentadorp. 44
- 4.2.2 Dimensionamiento de la carcasap. 45
- 4.2.3 Análisis de fuerzas en la carcasap. 46
- 4.2.4 Análisis de la resistencia de la carcasap. 47
- 4.2.5 Diseño y análisis del listón del tornillo alimentadorp. 48
- 4.2.5.1 Análisis estático de los soportes de las alas del listónp. 50
- 4.2.5.2 Análisis a la fatiga de los soportes de las alas del listónp. 53
- 4.2.6 Cálculo de la potencia requerida por el tornillop. 54
- 4.2.7 Diseño de la transmisión del alimentadorp. 55
- transmisiónp. 90
- 4.2.8 Diseño del eje alimentadorp. 57
- 4.2.8.1 Análisis estático del eje de controlp. 59
- 4.2.8.2 Análisis de fatiga del eje de controlp. 61
- 4.2.8.3 Análisis estático del eje centralp. 62
- 4.2.8.4 Análisis de fatiga del eje centralp. 63
- 4.2.9 Estructura del alimentadorp. 65
- 4.3 DISEÑO DEL ACONDICIONADORp. 65
- 4.3.1 Cálculos térmicos del acondicionadorp. 65
- 4.3.2 Diseño del cabezal de vaporp. 66
- 4.3.3 Diseño de la artesap. 68
- 4.3.4 Diseño del eje con paletasp. 69
- 4.3.5 Diseño de las paletasp. 70
- 4.3.6 Verificación del eje de paletasp. 74
- 4.3.7 Potencia requerida para el acondicionadorp. 75
- 4.3.8 Selección de los rodamientosp. 76
- 4.4 DISEÑO DE LA CÁMARA DE PELETIZADOp. 78
- 4.4.1 Tolvap. 78
- 4.4.2 Sistema de rodillosp. 79
- 4.4.2.1 Rodillosp. 117
- 4.4.2.2 Eje rodillosp. 81
- 4.4.2.3 Selección de los rodamientos en los rodillosp. 83
- 4.4.3 Diseño de la matrizp. 84
- 4.4.4 Diseño de las cuchillasp. 86
- 4.4.5 Plato saca-pelletsp. 87
- 4.4.6 Sistema de transmisiónp. 88
- 4.4.6.1 Parámetros principales de la transmisiónp. 88
- 4.4.6.2 Cálculo de las correasp. 89
- 4.4.6.3 Eje principalp. 91
- 4.4.6.4 Selección de rodamientos en el eje principalp. 95
- 4.5 DISEÑO DEL ENFRIADORp. 97
- 4.5.1 Funcionamiento del enfriadorp. 97
- 4.5.2 Cálculos térmicos del enfriadorp. 99
- 4.5.3 Selección del ventiladorp. 100
- 4.5.3.1 Cálculo del flujo de aire requerido por el ventiladorp. 100
- 4.5.4 Cálculo del espacio mínimo requerido para los pellets a enfriarp. 102
- 4.5.5 Selección de rejilla para salida de aire calientep. 103
- 4.5.6 Mecanismo para el desplazamiento del pelletp. 105
- 4.5.6.1 Cálculo del diámetro de los pasadoresp. 106
- 4.5.6.2 Cálculo de la resistencia de la barra del mecanismop. 106
- detalladamente en el anexo Mp. 107
- 4.6 DISPOSICIÓN DE LOS EQUIPOS DE PELETIZADOSp. 107
- 5. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO DE LA MÁQUINA PELETIZADORAp. 114
- 5.1 HOJAS DE RUTAp. 115
- 5.1.1 Matrizp. 115
- 5.1.2 Portacuchillasp. 116
- 5.1.3 Rodillosp. 117
- 5.2 MONTAJE DEL PROTOTIPO DE LA MÁQUINA PELETIZADORAp. 120
- 5.2.1 Hoja de ensamble del sistema de rodillosp. 120
- 5.2.2 Hoja de ensamble Sistema de Peletizadop. 121
- 6. PRUEBAS Y RESULTADOSp. 124
- 6.1 PRUEBASp. 124
- 6.1.1 Verificación de las dimensiones del prototipo y revisión del montajep. 124
- 6.1.2 Funcionamiento sin cargap. 125
- 6.1.3 Funcionamiento con cargap. 127
- 6.2 RESULTADOSp. 128
- 7. VIABILIDAD E IMPACTO ECONOMICO DE LA PELETIZADORAp. 131
- 7.1 COSTOS DE LA MÁQUINA PELETIZADORAp. 131
- 7.1.1 Costos de materialesp. 131
- 7.1.2 Costos de maquinadop. 131
- 7.1.3 Costos de montajep. 132
- 7.1.4 Costos totales de la peletizadorap. 132
- 7.2 ESTUDIO DE VIABILIDADp. 132
- 7.2.1 Flujo de caja proyectadop. 132
- 7.2.2 VPN y TIRp. 133
- 7.2.3 Paybackp. 134
- 8. CONCLUSIONESp. 136
- BIBLIOGRAFÍAp. 137
- ANEXOS139
- Figura 1. Cuarto de cerdas de gestación y críap. 21
- Figura 2. Preparación del alimento en la Granja El Lucerop. 21
- Figura 3. Comedero con alimento preparado no consumidop. 22
- Figura 4. Etapas de producción de alimento concentradop. 26
- Figura 5. Alimentador de tornillo sin fin inclinadop. 28
- Figura 6. Acondicionador de paletasp. 29
- Figura 7. Peletizadora de matriz anular marca Metalteco S.A.Sp. 30
- Figura 8. Enfriador a contraflujop. 31
- Figura 9. Alternativa de peletizadora de matriz fijap. 35
- Figura 10. Alternativa de peletizadora de matriz giratoriap. 36
- Figura 11. Alternativa de matriz fija con 3 rodillosp. 37
- Figura 12. Rodillos de peletizadora de matriz giratoriap. 38
- Figura 13. Alternativa de equipo de peletizado con todos los subsistemasp. 39
- Figura 14. Soportes del listónp. 49
- Figura 15. Factor de seguridad de la hélice del tornillop. 49
- Figura 16. Reacciones en los soportes de las alas del listónp. 50
- “x”p. 51
- “z”p. 52
- Figura 19. Diagramas de cortante y momento flector en el plano “XY” en MDSolids 4.0p. 60
- Figura 20. Diagramas de cortante y momento flector en el plano “XZ” en MDSolids 4.0p. 61
- Figura 21. Diagramas de fuerza cortante y momento flector en el plano XYp. 72
- Figura 22. Diagrama de fuerzas en el plano XZp. 73
- Figura 23. Diagrama de torque en el eje del acondicionadorp. 73
- Figura 24. Diagrama de fuerza axial en el eje del acondicionadorp. 74
- Figura 25. Diagrama de fuerza cortante y momento flector del eje de los rodillosp. 82
- Figura 26. Plato saca-pelletsp. 88
- rodamientos y el sistema de transmisión del eje principalp. 93
- Figura 28. Diagrama de torques en el eje principal de la cámara de peletizadop. 94
- del enfriadorp. 98
- Figura 30. Esquema del funcionamiento del enfriadorp. 99
- Figura 31. Curvas características P vs Q de los ventiladores HEP-31p. 102
- Figura 32. Esquema del enfriadorp. 102
- Figura 33. Esquema del enfriador con dos rendijas de disipación de aire calientep. 105
- Figura 34. Mecanismo de barras para el desplazamiento de pelletsp. 105
- Figura 35. Diseño final de las máquinas que componen el equipo de peletizadop. 108
- Figura 36. Disposición de los equipos de peletizadop. 109
- Figura 37. Reacciones generadas en la estructura del acondicionador y la peletizadorap. 110
- acondicionadorp. 111
- acondicionadorp. 111
- Figura 40. Deformación unitaria del conjunto peletizadora-acondicionadorp. 112
- SolidWorksp. 112
- Figura 43. Montaje final del prototipo de la máquina peletizadorap. 125
- Figura 44. Consumo de corriente del motor sin cargap. 126
- Figura 45. Consumo de corriente del motor con cargap. 127
- Figura 46. Pellet como producto terminadop. 128
- Figura 47. Pellet producido en un minutop. 129
- Figura 48. Máquina Funcionalp. 130
- Tabla 1. Requisitos fisicoquímicos del alimento completo para cerdosp. 25
- Tabla 2. Calificación de la función de calidad QFDp. 33
- Tabla 3. Matriz QFD del equipo de peletizadop. 34
- Tabla 4. Ponderación de resultadosp. 34
- Tabla 5. Matriz QFD Subsistema de compactación (Peletizado)p. 37
- Tabla 6. Ingredientes de la mezcla para la elaboración del alimentop. 41
- Tabla 7. Formula inicial de la granja el lucerop. 42
- Tabla 8. Formula Final Para Caracterizarp. 42
- Tabla 9. Demostración de experimento para obtener la densidad de la mezclap. 43
- Tabla 10. Datos experimentales para obtener la densidad de la mezclap. 43
- Tabla 11. Dimensionamiento básico del tornillo alimentadorp. 44
- Tabla 12. Dimensionamiento de la carcasap. 45
- Tabla 13. Cálculo de las fuerzas que actúan sobre la carcasap. 46
- Tabla 14. Análisis de la resistencia de la carcasap. 47
- Tabla 15. Análisis estático de los soportes de las alas del listónp. 50
- Tabla 16. Análisis a la fatiga de los soportesp. 53
- Tabla 17. Cálculo de la potencia requerida por el transportadorp. 54
- Tabla 18. Dimensionamiento de la transmisión del alimentadorp. 55
- Tabla 19. Verificación de los requisitos de potencia de la transmisiónp. 57
- Tabla 20. Análisis del eje en conjuntop. 58
- Tabla 21. Eje de controlp. 59
- Tabla 22. Análisis de fatiga al eje de controlp. 61
- Tabla 23. Análisis estático del eje centralp. 62
- Tabla 24. Análisis de fatiga del eje centralp. 64
- Tabla 25. Parámetros térmicos del acondicionadorp. 66
- Tabla 26. Dimensionamiento del cabezal de vaporp. 67
- Tabla 27. Dimensionamiento de la artesa del acondicionadorp. 68
- Tabla 28. Cálculo del eje con paletasp. 69
- Tabla 29. Análisis de resistencia de las paletasp. 70
- Tabla 30. Análisis de fuerzas en el eje de paletasp. 71
- Tabla 31. Cálculo del diámetro del eje de paletasp. 74
- Tabla 32. Cálculo de la potencia en el acondicionadorp. 75
- Tabla 33. Información del rodamiento escogidop. 76
- Tabla 34. Selección de los rodamientos del acondicionadorp. 77
- Tabla 35. Cálculos para el dimensionamiento de la tolvap. 78
- Tabla 36. Cálculos para el dimensionamiento de los rodillosp. 80
- Tabla 37. Cálculos para el eje de los rodillosp. 81
- Tabla 38. Datos del rodamiento escogidop. 83
- Tabla 39. Cálculos para los rodamientos en los rodillosp. 83
- Tabla 40. Cálculos para el dimensionamiento de la matrizp. 85
- Tabla 41. Validación de malla de la matrizp. 86
- Tabla 42. Cálculos para el dimensionamiento de las cuchillasp. 87
- Tabla 43. Cálculo de los parámetros principales de la transmisiónp. 88
- transmisiónp. 90
- Tabla 45. Cálculos para el diseño del eje principalp. 92
- Tabla 46. Datos del rodamiento escogidop. 95
- Tabla 47. Cálculos para los rodamientos en el eje principalp. 95