Ingeniería Mecánica · 2024
Práctica empresarial para el rediseño de una prelimpiadora de granos según los requerimientos de la empresa EQUIM S.A.S.
El presente trabajo tiene como objetivo principal el rediseño de la máquina prelimpiadora de granos de EQUIM S.A.S, con el fin de mejorar su eficiencia y adaptabilidad para diferentes tipos de grano y cargas. Se abordaron dos áreas críticas: la transmisión del dosificador de alimentación y el sistema de descarga de grano. A través de un análisis detallado, se identificaron las limitaciones del diseño actual, como la dependencia de un sistema de transmisión fijo y la complejidad de la contramarcha en la descarga. Para solucionar estos problemas, se implementó un motorreductor independiente, lo que permite un control más preciso de la velocidad del dosificador, y se eliminó la contramarcha, simplificando la mecánica del sistema de descarga. Además, se realizó un análisis económico que comparó los costos del diseño original con el nuevo, demostrando que las mejoras justifican el aumento en los costos. Los resultados confirman que las modificaciones mejoran significativamente la adaptabilidad, eficiencia y durabilidad de la máquina, logrando así cumplir con los requerimientos específicos de los clientes en el entorno agroindustrial.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 13
- 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 14
- 2. OBJETIVOSp. 15
- 2.1 OBJETIVO GENERALp. 15
- 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 15
- 3. MARCO TEÓRICOp. 16
- 4 METODOLOGÍAp. 18
- 4.1 EVALUACIÓN DEL DISEÑO ACTUALp. 18
- 4.2 REDISEÑO DEL SISTEMA DE LA PRELIMPIADORAp. 18
- 4.3 ANÁLISIS ECONÓMICOp. 18
- 5. ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL DISEÑO ACTUALp. 19
- 5.1 ANÁLISIS DE CAUSA Y EFECTO (DIAGRAMA DE ESPINA DE PESCADO)p. 19
- Objetivop. 19
- 5.2 ANÁLISIS DEL DIAGRAMA DE ESPINA DE PESCADOp. 19
- 5.2.1 Maquinariap. 19
- 5.2.2 Métodosp. 20
- 5.2.3 Personalp. 20
- 5.2.4 Materialesp. 20
- 5.2.5 Medio Ambientep. 21
- 5.2.6 Mediciónp. 21
- 6. LLUVIA DE IDEASp. 22
- 6.1 PREPARACIÓN Y PLANIFICACIÓN DE LA LLUVIA DE IDEASp. 22
- 6.2 DESARROLLO DE LA SESIÓN DE LLUVIA DE IDEASp. 23
- 6.2.1 Flujo de la Sesión:p. 23
- 6.3 RESULTADOS Y EVALUACIÓN DE LA LLUVIA DE IDEASp. 24
- 6.3.1 Selección de Ideasp. 24
- 6.3.2 Ideas Seleccionadas para Desarrollop. 25
- 6.3.3 Impacto Potencial de las Ideas Seleccionadasp. 25
- 6.4 REFLEXIONES Y CONCLUSIONES DE LA LLUVIA DE IDEASp. 25
- 6.4.1 Lecciones Aprendidasp. 25
- 6.4.2 Próximos Pasosp. 26
- PRELIMPIADORA DE GRANOSp. 27
- 7.1 DISEÑO ACTUAL DE LA MÁQUINA PRELIMPIADORAp. 27
- 8. DISEÑO ACTUAL DE LA MÁQUINA PRELIMPIADORA DE GRANOSp. 28
- 8.1 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN ACTUALp. 29
- 8.2 EXPLICACIÓN DEL CAMBIO EN LA DESCARGA DE GRANOp. 30
- 8.2.1 El cambio a una sola descarga de grano tiene varias ventajas:p. 30
- 8.3 MODIFICACIONES PROPUESTAS EN EL SISTEMA DE TRANSMISIÓNp. 31
- 8.3.1 Independencia del Dosificador de Alimentaciónp. 31
- 8.3.2 Optimización del Sistema de Descarga de Granop. 32
- 8.4 EVALUACIÓN DE OPCIONES DE DISEÑO PARA EL DOSIFICADORp. 32
- 8.4.1 Opción 1: Uso de Piñones y Cadenas (Transmisión por Cadena)p. 32
- 8.4.2 Opción 2: Uso de Poleas y Correas (Transmisión por Correa)p. 32
- 8.4.3 Opción 3: Acoplamiento Directo del Motorreductorp. 33
- 8.4.4 Comparación y Selección de la Mejor Opciónp. 33
- 8.5 EVALUACIÓN DE OPCIONES DE DISEÑO PARA EL MOTORREDUCTORp. 33
- 8.5.1 Opción A: Motorreductor con Velocidad de Salida Ajustable (16-20 RPM)p. 34
- 8.5.3 Comparación y Selección de la Mejor Opciónp. 33
- 8.6 DECISIÓN INICIAL Y PRÓXIMOS PASOSp. 35
- 9. DESARROLLO DEL REDISEÑO DEL DOSIFICADOR DE ALIMENTACIÓNp. 36
- 9.1 ANÁLISIS DEL DISEÑO ACTUAL DEL DOSIFICADORp. 36
- 9.1.1 Tolva de Cargap. 36
- 9.1.2 Diseño del Dosificadorp. 37
- 9.2 ANÁLISIS DE CARGA Y TORQUE REQUERIDOp. 38
- 9.3 CÁLCULO DE LA FUERZA REQUERIDA PARA MOVER EL GRANOp. 39
- 9.3.1 Volumen de Grano Actuando sobre la Paletap. 39
- 9.3.2 Masa de Grano Actuando sobre la Paletap. 39
- 9.3.3 Fuerza Necesaria para Mover el Granop. 39
- 9.4 CÁLCULO DEL TORQUE DEBIDO AL GRANOp. 40
- 9.4.1 Cálculo del torque:p. 40
- 9.5 CÁLCULO DEL TORQUE DEBIDO A LA INERCIAp. 40
- 9.5.1 Cálculo del Momento de Inercia del Dosificadorp. 40
- 9.5.2 Momento de Inercia de las Paletas (𝐼paletas)p. 41
- 9.5.3 Momento de Inercia Total del Dosificador:p. 41
- 9.5.4 Aceleración Angular (𝛼)p. 41
- 9.5.5 Torque Necesario para Vencer la Inercia:p. 41
- 9.6 CÁLCULO DEL TORQUE TOTALp. 41
- 9.6.1 Torque para Mover el Grano (𝑇grano)p. 41
- 9.6.2 Torque Total de Arranque (𝑇arranque)p. 41
- 9.6.3 Aplicación del Factor de Seguridadp. 41
- 9.7 SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTORp. 42
- 9.8 SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTORp. 42
- 9.9 CÁLCULO DEL TORQUE REQUERIDO EN EL EJE DEL MOTORREDUCTORp. 43
- 9.9.1 Torque Requerido en el Dosificadorp. 43
- 9.9.2 Torque Requerido en el Eje del Motorreductorp. 43
- 9.10 SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTORp. 42
- 9.10.1 Opciones Disponiblesp. 44
- 9.10.2 Análisis Comparativop. 44
- 9.10.3 Selección del Motorreductor Óptimop. 46
- 9.10.4 Incorporación del Motorreductor Seleccionado en el Diseñop. 47
- 10. ANÁLISIS DEL EJE DEL DOSIFICADOR Y SELECCIÓN DE PIÑONESp. 49
- 10.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO ACTUALp. 49
- 10.2 MODIFICACIONES PROPUESTASp. 50
- 10.3 CÁLCULOS DEL TORQUE Y VERIFICACIÓN DEL EJEp. 51
- 10.3.1 Datos del Ejep. 51
- 10.3.2 Verificación de Esfuerzo Cortantep. 51
- 10.3.3 Comparación con el Esfuerzo Cortante Permisible del Materialp. 52
- Elementos Finitosp. 53
- 10.4 JUSTIFICACIÓN DEL USO DE LOS NUEVOS PIÑONESp. 60
- DOSIFICADORp. 42
- 10.5.1 Paso I: Clasificación de Serviciop. 61
- 10.5.2 Paso II: Factor de Serviciop. 61
- 10.5.3 Paso III: Determinación de la Potencia de Diseñop. 62
- 10.5.4 Paso IV: Selección de Transmisiónp. 62
- 10.5.5 Análisis para el Caso Recomendado por EQUIM S.A.Sp. 64
- 10.5.6 Alternativas Propuestasp. 65
- 10.5.8 Decisión de la Empresa sobre el Motorreductor y Continuación del Diseñop. 66
- 10.5.9 Cálculo Continuado con el Motorreductor de 20 RPMp. 66
- 10.5.10 Paso V: Selección del Piñón Motrizp. 66
- 10.5.11 Paso VI: Selección del Piñón Impulsado según el Catálogo de Martinp. 67
- 10.5.12 Paso VII: Distancia entre Centros de los Ejesp. 68
- 10.5.12 Paso VIII: Longitud de la Cadenap. 68
- 10.5.13 Diferencia de diámetros entre los piñonesp. 69
- 10.5.14 Cambio en la longitud de la cadenap. 69
- 10.5.15 Desplazamiento del motorreductorp. 69
- MOTORREDUCTORp. 69
- 10.6.1 Opción 1: Sistema Tensor Abatible con Varilla Roscada B7 (Sistema Actual)p. 70
- 10.6.2 Opción 2: Sistema de Tensor con Volante y Varilla Roscadap. 71
- Laterales Tensoresp. 72
- ROSCADA B7 (SISTEMA ACTUAL)p. 73
- 10.7.1 Cálculo del Sistema Tensor Abatiblep. 73
- 10.7.2 Desplazamiento Necesario del Motorreductorp. 74
- 10.7.3 Verificación del Sistema Actualp. 74
- 10.8.5 Selección de la Varilla Roscada Ø1/2" para el Soporte del Motorreductorp. 76
- 10.8 REDISEÑO DEL NUEVO SISTEMA DE TRANSMISIÓN DEL DOSIFICADOR:p. 77
- 10.8.1 Beneficios del Nuevo Sistema de Transmisión:p. 78
- 10.9 REDISEÑO DEL SISTEMA DE DESCARGA DE GRANOp. 79
- 10.10 ANÁLISIS DEL REDISEÑO DEL SISTEMA DE DESCARGA DE GRANOp. 82
- 10.10.1 Cambios Implementadosp. 83
- 11. ANÁLISIS ECONÓMICO DEL REDISEÑO PROPUESTOp. 88
- DEL SISTEMA DE PRELIMPIADORA DE GRANOS:p. 88
- 11.2 ANÁLISIS DE LA TABLA COMPARATIVA DE COSTOSp. 89
- 11.2.1 Cambios en el Dosificadorp. 89
- 11.2.2 Cambios en la Descarga de Granosp. 89
- 11.2.3 Mano de Obrap. 90
- 11.2.4 Costo del Rediseñop. 90
- CONCLUSIONES:p. 91
- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASp. 92
- APÉNDICES O ANEXOSp. 93
- equipop. 17
- Figura 3. Diagrama del diseño actual de la máquina prelimpiadora de granosp. 27
- Figura 4. Diagrama de la prelimpiadora de granos con las propuestas de cambiosp. 31
- Figura 5. Dimensiones generales de la tolva de alimentaciónp. 36
- Figura 6. Volumen y masa máxima de grano en la tolvap. 37
- Figura 7. Columna de grano sobre la paleta del dosificadorp. 39
- Figura 8. Plano detallado del Motorreductor WEG COAXIAL C07p. 48
- Figura 9. Plano actual del dosificador y su eje de transmisiónp. 49
- Figura 10. Configuración actual del eje del dosificadorp. 50
- Figura 11. Configuración propuesta del eje del dosificadorp. 51
- Figura 12. Propiedades del acero SAE 1020p. 52
- Figura 13. Modelo del eje del dosificadorp. 54
- Figura 14. Resultados tensionesp. 58
- Figura 15. Resultados desplazamientosp. 58
- Figura 16. Resultados deformaciones unitariasp. 59
- Figura 17. Resultados factor de seguridadp. 59
- Figura 18. Tabla de selección rápida, Martinp. 63
- Figura 19. Sistema del tensor utilizado actualmentep. 70
- Figura 20. Propuesta de tensor con volantep. 71
- Figura 21. Propuesta de tensor horizontalp. 72
- Figura 22. Propiedades Varilla B7p. 75
- Figura 23. Sistema tensor diseñado para el motorreductorp. 77
- Figura 24. Renders del rediseño del sistema tensor del dosificadorp. 79
- Figura 25. Disposición de la descarga del diseño actualp. 80
- Figura 26. Sinfín Ø12” del diseño actualp. 80
- Figura 27. Render del rediseño de descarga de granop. 83
- Figura 28. Plano explosionado del nuevo diseñop. 85
- Figura 29. Plano transmisión del rediseñop. 86
- Figura 30. Render del rediseño de la prelimpiadorap. 87