Rediseño de un eje y rodamientos para un ventilador de tiro inducido en la empresa agroindustrial Tuman (página 2)

1.2.3 EXTENSION
TERRITORIAL

Cuenta con una extensión territorial de 11,796.90
has, de las cuales más de 8,000 están dedicados al
cultivo de la caña de azúcar;
esta en el Centro del Valle Chancay – Lambayeque

TERRENOS AGRICOLAS DE CAÑA

EXTENSION TOTAL

TOTAL: 11796.90 Has

AREA GEOGRAFIA DE TUMAN

1.2.4. LIMITES GEOPOLITICOS

Sus límites
geopolíticos son: por el norte con el Distrito de Manuel
Antonio Mesones Muro (Provincia de Ferreñafe); por el este
con el Distrito de Manuel Antonio Mesones Muro (Provincia de
Ferreñafe) y el Distrito de Pátapo y Pucalá
(Provincia de Chiclayo). Por el sur con el Distrito de
Zaña (Provincia de Chiclayo) y por el oeste con los
distritos de Reque, Pomalca y Picsi (Provincia de
Chiclayo).

1.2.5 CLIMA

Las características del clima
corresponden a la de desierto sub-tropical (cálido y
seco).

• Precipitación: en el Valle bajo del
Chancay es por lo general muy baja, siendo la máxima
promedio mensual de 5,0 mm. Correspondiente al mes de marzo y
nula en junio y julio. La característica más
saltante en los registros de
lluvia, es la de las lluvias relativamente fuertes ocurridas
durante la primera mitad de 1983; se registró en ese
año un total de 577 mm. durante los cuatro primeros meses.
Asimismo funcionarios de la estación indicaron que en los
primeros meses de 1998 durante el "Fenómeno El
Niño" se registró una precipitación
máxima de 783 mm.

* Temperatura:
las temperaturas atmosféricas son moderadamente altas
durante lodo el año, con promedios mensuales que
varían entre los 24,9 °C en febrero y los 19 °C en
agosto; generalmente las temperaturas extremas están
comprendidas en el rango délos 15°Cy 33
°C.

Durante el periodo de setiembre-1982 a julio-1983 y de
Diciembre–1997 a Agosto-1998, debido al "Fenómeno El
Niño", se registraron temperaturas mucho más altas
de lo normal en casi todos los valles de las costas del
Perú.

• Humedad: es casi constante durante todo el
  año, variando de 62,9% en diciembre a 72,6% en
  agosto.

• SUPERFICIE COSECHADA Y PRODUCCION NACIONAL-
  REGIONAL DE LA CAÑA DE AZUCAR

El rendimiento por ha de caña de azúcar es
bajo y ha fluctuado en el período por las condiciones
climáticas ligadas al fenómeno del Niño. El
rendimiento promedio para el periodo fue de 106 t/ha, llegando a
registrarse el nivel mas bajo en 1993, con 91.18 t/ha. En los
últimos años los rendimientos han tendido a
recuperarse.

Rendimiento Promedio Nacional de Caña de
Azúcar 1990 – 2001

En los últimos años el índice de
eficiencia de
fábrica se ha incrementado en casi todas las empresas
productoras de azúcar.La producción Nacional de azúcar
proviene de 12 ingenios azucareros (entre cooperativas y
sociedades
anónimas) ubicados principalmente en el Norte del
país. Los principales ingenios son: Casagrande,
Tuman, y Pomalca que concentran el 64% de la
producción de azúcar. Los ingenios producen
azúcar rubia y blanca refinada y doméstica. La
producción es consumida internamente porque la demanda es
superior a la oferta.

Las empresas azucareras están experimentando
cambios sustantivos a nivel de la gestión
y la producción. En 1996 con la Ley de
Saneamiento Económico Financiero de las Empresas Agrarias
Azucareras se comenzó a resolver los problemas e
impulsó el modelo de las
Sociedades
Anónimas, además atrajo inversionistas nacionales y
extranjeros. Actualmente se encuentran los grupos nacionales
Mur y Picasso–
Candamo que han adquirido acciones de
las cooperativas Paramonga y San Jacinto. La situación en
que se encuentran las diferentes empresas se resume a
continuación.

La producción nacional en el
año 2006 es aún baja respecto al año 2003,
llegando a un nivel de aproximadamente 7.2 millones de toneladas.
Esta caída fue más notoria en el año 2005
cuya producción fue de 6.3 millones de toneladas, en el
periodo 2000-2006. La superficie cosechada de caña de
azúcar subió pasando de 64 mil has. en el
año 2000 a 77 mil has. en el año 2003 y luego
bajó a 66 mil has. en el 2006. Sin embargo en el
año 2001 llegó a solamente 60 mil has. siendo la
más baja del periodo 2000-2006

Gráfico Nº3: Superficie cosechada (Has.)
Vs. Producción (Toneladas) de caña de azúcar
2000 – 2006.

Cuadro N°1: Superficie cosecha y
Producción de Caña de Azúcar
2000-2006

Fuente: MINAG – DGIA

El rendimiento promedio para el período del
año 2006 fue de 109.6 t/ha., llegando a registrarse el
nivel más bajo en el 2004 con 97.4 t/ha. En los
últimos años los rendimientos tienden a
recuperarse.

Cuadro N°2: Rendimiento Promedio Caña de
Azúcar (t/ha)

Fuente: MINAG – DGIA

1.3.1. PRODUCCION REGIONAL Principales
Departamentos Productores. La caña de azúcar se
cultiva en 5 departamentos y el 77 % se encuentra en la costa
norte. La Libertad
destaca como primer productor de caña de azúcar a
nivel nacional con un 46% de la producción, Lambayeque con
un 23% es el segundo mayor productor. Gráfico Nº4:
Producción de caña de azúcar por
departamento (%) 2006

Fuente: MINAG-DGIA

Variedades de Caña de Azúcar. Las
principales variedades de azúcar que se cultivan en el
Perú son 18. Estas variedades, difieren en
características como brotamiento, formación de
macollo, crecimiento, acamamiento, riqueza de pol y capacidad
soquera. Las variedades de brote más rápido son la
H44 – 3098, H50 – 7209, H52 – 4610, H55 –
8248.

Cuadro N°3 Variedades de Caña de
Azúcar en el Perú

Fuente: Empresas Azucareras Agrarias

Un aspecto a resaltar es la participación de los
sembradores independientes, es decir aquellos agricultores que
siembran la caña en campos que no son de las empresas
agroindustriales. Así tenemos que para el año 2000
los sembradores independientes poseían el 34% de la
superficie cosechada de caña de azúcar, mientras
que el 66% restante se encontraba en manos de las empresas
agroindustriales. En el año 2006 la situación no
cambió mucho los sembradores tuvieron el 36.2% y las
empresas el 63.8%.

Gráfico Nº5: Superficie Cosechada de
caña de azúcar 2006

1.3.2. CADENA DE PRODUCCION GENERICA DE LA
CAÑA DE AZUCAR

1.3.3. COSTO REFERENCIAL
DE PRODUCCION POR HECTAREA DE CULTIVO: CAÑA DE AZUCAR
INSTALACION, REGION LAMBAYEQUE.

DEPARTAMENTO: Lambayeque SUPERFICIE: 1 HA

CULTIVO: CAÑA AZÚCAR COSTOS A LA
FECHA: 02/08/08

VARIEDAD: H-50 NIVEL TECNOLÓGICO:
Medio

TIPO DE CAMBIO $ : 2.9
Nuevos Soles RENDIMIENTO (TM.. / Ha) : 115,000

FECHA: 02/08/08 CLASE CULTIVO:
INSTALACIÓN

Resultado Económico.

1.4.- CICLO PRODUCTIVO EN LA EAI TUMAN –
DIAGRAMA DE
PROCESO

1.4.1 FABRICACION DEL AZUCAR EN LA EAI
TUMAN

A).-TRANSPORTE DE
LA CAÑA

La caña es transportada del campo a la
fábrica a través de trailers para su posterior
pesado.

Los trailers cuentan con las siguientes
características

Capacidad : 25 Ton.

-Largo : 39'-7 1/2" (12,08 m.)

-Ancho :10'-6" (2,30 m.)

• Profundidad : 9' – 10 3/4" (3.02 m.) en el
  centro

• Potencia : 335 HP Camiones OSHKOSH (Motor
  Caterpillar).

225 HP camiones VOLVO

B).-PESADO DE LA CAÑA

Aquí ya se comienza a controlar la
producción de azúcar.

Para esta labor la empresa cuenta
con una balanza semi automática, marca FAIRBANKS
MORSE; con capacidad de 60 toneladas con plataforma de 18 metros
de largo por 4 de ancho.

C).- DESCARGADO DE LA CAÑA

Después de pesar la caña de azúcar
los TRAYLERS se colocan al pie de la GRUA HILO con capacidad de
28 toneladas que descarga la caña de los traylers hacia la
mesa alimentadora que tiene una capacidad de 80 Tn. En tuman
existen 2 mesas alimentadoras.

D).- PREPARACION Y LAVADO DE LA
CAÑA

(SEPARADOR DE TIERRA)

La caña proveniente del campo llega sumamente
lleno de tierra.

La fábrica cuenta con un sistema de lavado
en seco y con aire
comprimida.

Cuenta con siete rodillos que son accionados por un
motor
reductor.

Dos ventiladores de cajas cerradas por la que circula
aire a gran presión.

La tierra se elimina finalmente por zarandeo, para luego
ser transportaba por unas fajas conductoras.

Componentes del sistema de Lavado en
seco

• Siete rodillos de 22 cm. de diámetro. Estos
  rodillos son accionados por motor reductor de 20HP. La
  velocidad a la que giran los rodillos es de 85 revoluciones
  por minuto.

• -Dos ventiladores de caja cerradas por las que
  circula aire a gran presión.

MAQUINARIA PARA LA PREPARACION DE LA
CAÑA

• 1. Cuchillas picadoras

2.- Nivelador o kiker.

3.- Desfibrador

E).- MOLIENDA DE LA CAÑA

Está compuesto por los equipos de
extracción, desmenuzadoras y molinos que son
vírgenes, masas, chumaceras (bronce), soporte de las
cuchillas, raspadores, coronas y las tapas superiores con los
cilindros de las presiones hidráulicas.

En esta etapa es donde se obtiene el jugo de la
caña para ello se muele la caña mediante el
trapiche que se compone de: cinco molinos de tres rodillos o masa
cada uno en total suman quince masas.

Características de los molinos

Marca: Mirrilees Watson y Fulton

Construcción: Acero
fundido

Instalación: 1948

Presión: 1º molino 2,500 libras de
presión por pulgada cuadrada.

En el quinto molino es de 3,500libras de presión
por pulgada cuadrada.

Funcionamiento

El trapiche es accionado por tres turbinas a
vapor:

La turbina Nº 1 mueve al primer molino

-La turbina Nº 2 mueve los molinos 2 y 3

-La turbina Nº 3 mueve los molinos 4 y 5

Características de las
turbinas:

Marca: GENERAL ELECTRIC

Presión de entrada del vapor: 300psi

Temperatura del vapor: 540ºF

Presión de salida del vapor: 15 psi

Velocidad máxima: 4,500RPM

Potencia de las turbinas Nº 1 750HP

Potencia de las turbinas Nº 2y3 es de
1600HP

Fecha de instalación: 1996

F).- BALANZA DE JUGO

Existen2 balanzas MAX WEEL automáticas, cuya
capacidad son:

BALANZA Nº 1

Capacidad 140 toneladas por hora Capacidad 120 Tn por
hora.

BALANZA Nº2

Capacidad por descarga 4 Tnl Capacidad por descarga 31/2
Tn por hora.

G).- CALENTADORES

Consiste en un haz de tubos de cobre de 35 a
40mm

Los calentadores son de marca Yohn Menril, de 100 metros
cuadrados de superficie de calefacción c/u.

Están acondicionados de tres en tres Los
calentadores en paralelo, economizan 30 toneladas de vapor de 15
psi por hora.

H).- CLARIFICADORES

El proceso de
purificación tiene por finalidad:

-Neutralizar el jugo.

-Eliminar las impurezas en suspensión.

-Eliminar parte de las impurezas disueltas y en estado
coloidal

Son prácticamente 2 tanques cilíndricos,
uno con capacidad de 360 toneladas de jugo y otro de 168
toneladas, el jugo sale de los clarificadores completamente
cristalino a 98 ºC y con PH de 6.8 a
7.

I).- FILTRACION (FILTROS OLIVER)

Filtran la cachaza extraída desde el fondo de los
clarificadores.

Existen 2 filtros en la empresa.

De 2.40m. de diámetro por 3.60m de largo, tiene
580 pies cuadrados de superficie filtrante (17.4m de superficie)
gira a una velocidad de 2
a 3 vueltas por minuto.

J).- EVAPORACION

Economía del vapor:

Por cada kilogramo de vapor aplicado a la calandria del
primer vaso, se podrán evaporar tantos kilogramos de
agua como
vasos tenga el evaporador: en un cuadruple serán cuatro
kilogramos; en un quíntuple serán 5 kilogramos. En
un simple efecto seria 1 kilogramo y no habría economía energética.

El objetivo de
este proceso es evaporar la mayor cantidad de agua con
mínimo consumo de
vapor se realiza en evaporadores de múltiple efecto que
consiste en varios evaporadores en serie llamados vaso o cuerpo o
efecto,

K).- CRISTALIZACION

Las moléculas de sacarosa dispersa en el solvente
se reagrupan ordenadamente, constituyendo cristales de forma
geométrica definida y característica.

En la fabrica cuenta con 9 tachos que totalizan 14,040
pies cuadrados y 9,080 pies cúbicos de
capacidad.

L).- CRISTALIZADORES

Cumplen la función de
completar la Cristalización que se llevó a cabo en
los tachos.

En los cristalizadores se va ha enfriar la masa cocida
que sale caliente de los tachos

M).- CENTRIFUGACION

Consiste en separar los cristales de azúcar y las
mieles de las masas cocidas, mediante la acción
centrífuga cuya maquina esta constituida por:

-cilindro (canasto)

-eje o árbol

-motor

-Caja exterior o caracas.

Hay tres centrifugas automáticas (giran a
1200RPM) donde se reciben masas "A de 98.80 Pol

Hay 2 centrífugas semiautomáticas (giran a
1600 RPM) en donde produce azúcar "B" de
98.80Pol.

Centrifugas

N).- ENVASE

La realiza un operador que pesa, luego el otro lo cose y
por ultimo el "estibador" que lo trasporta a la parihuela (45
bolsas).

1.5 OBJETIVOS

Los objetivos de
éste proyecto
son:

– diseño
de un eje.

– selección
de los cojinetes.

1.6 ALCANCES DEL PROYECTO

El presente proyecto comprende el diseño de un
eje y la selección de sus respectivos cojinetes,
además las especificaciones en general de carácter técnico – económico
de los diferentes aspectos a tener en cuenta, siendo éstos
los siguientes:

* DISEÑO DEL EJE DEL VENTILADOR DE TIRO
INDUCIDO PARA LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL TUMAN

Comprende el estudio del comportamiento
del eje para su modelamiento matemático para
después de aplicar la teoría
de esfuerzos, y la metodología ISO; terminar
dando las dimensiones correctas de dicho elemento de
máquina.

* SELECCIONAMIENTO DE SUS RESPECTIVOS
COJINETES.

Comprende el seleccionado de los rodamientos teniendo en
cuenta las normas que tratan
sobre el particular y las especificaciones del
fabricante.

1.7 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.

Nos encargaremos del rediseño del eje así
como la selección de los rodamientos:

EJE.

COJINETES.

Cálculos
justificativos

2.1. DISEÑO DEL
EJE

SELECCIÓN DE ACEROS PARA LA
FABRICACION DE EJES

2.1.1. DETERMINACION DEL PESO DEL
EJE

1).-

V0 = p x r2 x h

Vr1 = p (10.5×2.54)2 (2) + p (9×2.54)2
(25)

Vr1 = 45512.466 cm3 Ëo 0.0455
m3

m= ? x V0

m= 7850 x 0.0455

r = Ã~/2 => 7.8/2=
3.9

V0 = p x r2 x L

Vr2 = p x (3.9×2.54)2 x104

Vr2 = 32061.2 cm3 Ëo 0.032
m3

m= ? x Vr2

m= 7850x 0.032

r = Ã~/2 => 15/2=
7.5

V0 = p x r2 x L

Vr3 = p x (7.5×2.54)2 x 373

Vr3 = 425254.25 cm3.Ëo 0.425
m3

m= ? x Vr3

m= 7850×0.425

.

r = Ã~/2 => 7.8/2=
3.9

V0 = p x r2 x L

Vr2 = p x (3.9×2.54)2 x77

Vr2 = 23737.62393 cm3 Ëo
0.023737m3

m= ? x Vr2

m= 7850x 0.023737

2.1.2. ESQUEMA DE CARGAS

Determinación de RI Y
R2

S FY= 0

R1 + R2 = 787.653611 + 554.8617181 +
22791.94643 + 410.81108

RI + R2 = 24545.27284
……………. (1)

S MB = 0

787.653611 (25.78740157) – 22791.94643
(93.8976378) – 410.81108 (182.480315) + R2 (190.0590) =
0

R2= 11547.7967; reemplazando en (1)
obtenemos:

R1= 12997.47616

2.1.3. CALCULO DE DIAGRAMA DE
MOMENTOS

2.1.4 CALCULO DEL MOMENTO
TORSOR

Hp= 560

Rpm= 850

F.s= 1

Mt= 63000 x 560

850

2.1.5 CALCULO DEL DIAMETRO DEL
EJE

-Momento flector máximo (Mb):
1074061.751

-Mt = 41505.8824 lb –
pulg

*Para ejes nos informamos en la tabla y
tomando valores
apropiados:

-Kb= 1.5

– KT = 1.0

*Para SS tenemos:

Su= 85 – 115 Kgf/mm2

Sy= 65 – 75 Kgf/mm2

Entonces se elige:

Su=100

Sy= 70

Parámetros:

30% Sy= 21 Escogemos el menor valor: 18
Kgf/mm2 Ëo 2610.679 kpa

18 % Su= 18

– Ss= 2610.679 Kpa

Con los datos obtenidos
aplicamos la ecuación siguiente para hallar el
diámetro del eje:

DONDE:

do = diámetro del eje

K = Relación di/do = 0 (eje
macizo)

Kb = Factor de carga del momento
flector

Kt = Factor de carga del momento
torsor

Ss = Esfuerzo permisible a corte

Mb = Momento flector

Mt = momento torsor

• = Factor de carga axial

Fa = carga axial = 0

d3 =

2.1.6 DISEÑO DE EJES POR RIGIDEZ
TORSIONAL

Momento torsor (Mt)=
41505.8824

Longitud= 215.846457

Diámetro=
14.649632

G= 12000000

2.2 SELECCIÓN DE
RODAMIENTOS

2.2.1 SELECCIONAMIENTO DE UN RODAMIENTO
DE CILINDROS

Como Fa = 0 tenemos:

Fr1= 12997.47616 ? d= 7.8

Fr2= 11547.79668 ? d= 7.8

Vh = 20 000 Hrs

N= 850 rpm

En el rodamiento 1:

XR = 1

VR = 1

FR1 = 12997.47616

Fa = 0

De la ecuación:

En el rodamiento 2:

XR = 1

VR = 1

FR2= 11547.79668

Fa = 0

De la ecuación:

2.2.2 CALCULO DE LA CARGA DINAMICA
(C).

Entonces:

*Para la designación del
rodamiento nos dirigimos a la tabla siguiente:

2.2.3 DESIGNACION:

Para rodamiento 1 y 2:
NJ240ECM

d= 200 mm

D= 360

B= 58

C= 850 kN

Memoria descriptiva

Observaciones y
conclusiones

Para este diseño no podríamos usar
rodamientos de bolas ya que no soportarían la carga
dinámica y por eso se han seleccionado
rodamientos cilíndricos.

Cuando el rodamiento gira muy lento y su duración
requerida en número de revoluciones es pequeña se
debe tener en cuenta las cargas estáticas; pero para el
presente caso se tomara las capacidades dinámicas por
tener velocidades considerables

• Llegamos a analizar el estado de esfuerzos que se
  induce sobre el eje, por acción de la carga actuando
  sobre ella.

• -Localización de la sección critica
  del eje basándose en criterios de
  resistencia

Para este diseño se toma en cuenta un proceso
iterativo y por lo tanto puede haber distintas soluciones en
el cual debemos adecuarnos a la flexibilidad de los repuestos o
alguna falla no esperada del diseño y difícilmente
existe una única solución a un problema dado, para
esto se recomienda que teniendo los datos estos sean evaluados y
de ser posible buscar otras soluciones alternativas.

• Los puntos mas propensos a fallar aparecen en los
  cambios de sección a la hora del maquinado, para eso
  se diseña un cambio no brusco del
  diámetro.

• Optar por un nuevo sistema constructivo entre la
  unión del eje motriz y el conducido (eje
  diseñado) tratando de hacer mucho mas optima su
  eficiencia.

• El maquinado del eje dependerá del stock de
  rodamientos capaces de soportar la carga dinámica del
  eje, podemos hacer esto gracias a que el momento flector se
  encuentra en el centro del eje.

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