UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

CAMPUS ARAGON

INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

DISEÑO DE MAQUINAS

M. en I. MARIA DE LOURDES MARIN EMILIO

PROYECTO DE DISEÑO DE UNA DESGRANADORA DE MAIZ

Barajas Mendoza Mario JosuéJuárez Martínez Alberto AbrahamRodríguez Rodríguez José Luís Noviembre 2007INTRODUCCION

El objetivo de nuestro trabajo es, mediante el proceso de diseño, dimensionar una maquina que permita desprender los granos de elote del zuro, de tal forma que:-sus dimensiones máximas sean 40 por 60 cm.-tenga un peso máximo de 10 Kg.-sea semiautomática-permita el corte de distintos tamaños de elote-el tiempo máximo de corte de 2 elotes sea de 10 min.

Haciendo el benchmarketing de producto nos dimos cuenta de que las maquinas ya existentes utilizan un principio de funcionamiento basado en el sometimiento de la mazorca a fuerzas tangenciales al azar en su superficie lo que provoca un parámetro de desprendimiento no controlado y discontinuo. Otras dispositivos tienen la característica de cortar transversalmente sobre la superficie del elote lo que nos pareció indicado, aquí podemos tener un corte controlado en dirección y fuerza, el inconveniente: son manuales, y ahí fue donde pensamos fundamentar nuestro trabajo, generando principios de solución mediante variantes por inversión logramos llegar a esta alternativa.

El excesivo peso de las desgranadoras comerciales y la extremada ineficiencia de los dispositivos manuales, nos llevan a pensar en distintas formas de solucionar esta situación, además de ser caras y tender al sector agroindustrial, no existe un dispositivo que satisfaga las necesidades del pequeño empresario del maíz, que tal vez tenga solo un negocio de alimentos basados en este producto.

En este trabajo nos enfocamos en el análisis de la solución mediante metodologías aplicables que optimizan el trabajo y se da una opción para la realización de una maquina desgranadora de elote.

Como en todo diseño de maquinaria se abordaran los siguientes puntos:-estructura de soporte-fuente de potencia-impulsor-transmisión-mecanismo de salida (mecanismo de corte)-control

EL MAIZ

El maíz pertenece a la familia de las gramíneas. Su nombre científico es Zea Mays, debido a que es cultivado en todas partes del mundo, es posible encontrar plantas de este cereal con características diferentes. El cultivo del maíz es de régimen

anual, su ciclo vegetativo oscila entre 80 y 200 días, desde la siembra hasta la cosecha. Su estructura es la siguiente:

-planta-tallo-hoja-sistema radicular-raíz seminal o principal: suministra nutrientes a la semilla-raíces adventicias-raíces de sostén: realizan la fotosíntesis-raíces aéreas

El maíz es monoico, es decir tiene flores masculinas y femeninas en la misma planta. Las flores son estaminadas o postiladas, las flores estaminadas o masculinas están representadas por la espiga. Las postiladas o femeninas son las mazorcas.Las flores masculinas y femeninas constan:

-inflorescencia de la flor masculina se presenta como espiga.-espiguillas-flor masculina-par de glumelas-tres estambres fértiles-pistilo rudimentario-inflorescencia postilada-hojas-estigma o cabello de elote-mazorca

El fruto de la planta del maíz se llama comercialmente grano, botánicamente es un cariópside y agrícolamente se conoce como semilla.Se compone de:

-pericarpio: cubierta del fruto, de origen materno, se conoce como testa, hollejo o cáscara.

-aleurona: capa de células del endospermo de naturaleza proteica.

-endospermo: tejido de reserva de la semilla que alimenta al embrión durante la germinación. Es la parte de mayor volumen. Dos regiones diferenciables hay en el endospermo suave y harinoso y el duro o endospermo vítreo. La proporción depende de la variedad.

-escutelo o cotiledón: parte del embrión

-embrión o germen: planta en miniatura con la estructura para originar una nueva planta, al germinar la semilla.

-capa Terminal: parte que se une al olote, con una estructura esponjosa adaptada para la rápida absorción de la humedad. Entre esta capa y la base del germen se encuentra un tejido negro conocido como capa hilar, la cual sirve como sellante durante la maduración del grano.De acuerdo con la estructura de sus granos, el maíz puede dividirse en subespecies:

-Zea mays indurada o maíz cristalino, tiene un endospermo duro y granos de almidón compacto. Es conocido en otros países como maíz flint. Este maíz duro se usa tanto en la alimentación como materia prima en la elaboración de alcohol o almidón.

-Zea mays amylacea, o maíz amiláceo, tiene endospermo blando, sus granos de almidón no son compactos.

-Zea mays everta o maíz palomero, su endospermo es duro y revienta al tostarse.

-Zea mays saccharata o maíz dulce, su endospermo tiene alrededor de 11% de azúcar, al secarse tiene aspecto arrugado, es adecuado para el consumo humano.

-Zea mays tunicata o maíz tunicata, se identifica por tener glumelas bien desarrolladas que cubren el grano.

-Zea mays cérea o maíz céreo, su endospermo es céreo

No hay variedades de maíz silvestre, el hombre lo ha domesticado tanto, que si se dejara de cultivar desaparecería, en México existen 30 razas y 6 subrazas:

-indígenas antiguas -mestizas prehistóricas1 palomero toluqueño 9 cónico2 arrocillo amarillo 10 reventador

3 chapalote 11 tabloncillo4 nal-tel 12 tehua-exóticas precolombinas 13 tepecintle5 cacahuacintle 14 comiteco6 harinoso de ocho 15 jala7 oloton 16 zapalote chico8 maíz dulce 17 zapalote grande-modernas incipientes 18 pepitilla22 chalqueño 19 olotillo23 Celaya 20 tuxpeño24 cónico norteño 21 vandeño25 bolita-serranas occidentales26 tablilla de 827 bofo28 gordo 29 azul30 apachito

Tabla 0.- variedades de maíz en México

Figura 1.- corte de un grano de maíz

Figura 2.- mazorca

BENCHMARKETING

Las desgranadoras que encontramos en el mercado no son tan variadas y podemos clasificarlas de acuerdo a varios criterios:- de combustión interna- eléctricas- manuales- de tractor

Las desgranadoras de combustión interna deben su nombre al sistema que utilizan para operar, su construcción es robusta, ya que se diseñan para el trabajo rudo, generalmente se construyen de lamina de acero al carbón y su estructura en perfil o ángulo. Este tipo de desgranadoras tiene en general las siguientes características:

Potencia requerida en HP

Velocidad del rotor en rpm

Rendimiento aproximado en Kg. / hr

3 350-450 8004 650-750 15008 650-750 3500

12-16 650-750 5500Tabla 1.- características de desgranadoras de combustión interna

Las desgranadoras eléctricas utilizan energía de este tipo para logra su propósito, su construcción puede ser robusta o ligera, pudiéndose usar para cualquier volumen de producción, ya que la gran variación de la velocidad así lo permite, de igual forma se construyen de lamina de acero y estructura de ángulo. Este tipo de desgranadoras tienen las siguientes característicos generales:

Potencia requerida en HP

Velocidad del rotor en rpm

Rendimiento aproximado en Kg. / hr

1 1/2 350-450 8002 650-750 15003 650-750 3500

7 1/2 650-750 5500Tabla 2.- características de desgranadoras eléctricas

Como puede verse el rendimiento de las desgranadoras eléctricas es mayor, la energía consumida varía considerablemente. Además las desgranadoras eléctricas pueden funcionar con motores monofasicos lo cual reduce el costo. Las desgranadoras de este tipo cuentan con un ventilador extractor de tamo para así disponer del grano limpio.

Las desgranadoras de tractor se acoplan a este vehiculo de tal forma que la mazorca recién cosechada ingresa por una tolva que se acopla a la desgranadora y así tener el maíz sin tamo.

Compararemos las características de las desgranadoras manuales que son las que nos interesan pues se encuentran en el mismo nivel utilitario que nosotros.

Cortador numero 1, Capallo & Fitzsimmons

Ventajas DesventajasFácil de transportar Corte no uniforme de granosInoxidable Riesgo de cortarse las manosEs una sola pieza Se deforma a cierto esfuerzo

Tabla 2.1

Cortador numero 2, Caroline Rhea

Ventajas DesventajasPuede colocarse en un bowl Nula fijaciónInoxidable Machaca los granosTiene una superficie amplia Cuchilla peligrosa

Hay que mover el elote p cortarloTabla 2.2

Cortador numero 3, Krishevsky- Lundholm- Westenhoefer

Ventajas DesventajasBuena sujeción Contenedor insuficienteSeguro de operar Se deforma a cierto esfuerzoBuena superficie de corte Corte no uniforme de granos

Tabla 2.3

Como podemos observar la primera desventaja de estos es su carácter manual y la dependencia del corte del usuario dando como resultado un corte irregular. Además de que la velocidad con que se puede desprender los granos es limitada.

A partir de esto podemos considerar parámetros del producto en el mercado.

Característica a considerar Características a mejorar

Buena sujeción Evitar deformación excesivaSeguro de operar Asegurar el corte uniformePuede colocarse en un bowl SeguridadBuena superficie de corte

Tabla 2.4

BRAINSTORMING

Figura 4.- Brainstorming

ESTUDIO DE LAS NECESIDADES DEL CLIENTE

El estudio realizado se baso en encuestas a personas dedicadas a este negocio, respondiendo a la pregunta, ¿Qué características debería de tener una maquina para desgranar elotes?

necesidad Numero de personas que dijeron esto

Peso mínimo 19 de 20automática 20 de 20

rapidez 18 de 20Optimización del espacio 17de 20

Que sea eléctrica 16 de 20Fácil de transportar 3 de 20

Bajo costo 20 de 20inoxidable 1 de 20

Segura de operar 15 de 20Seguro en partes eléctricas 12 de 20

limpio 14 de 20eficiente 13 de 20

Tabla 3.- resultado de la encuesta de necesidades del cliente

Peso mínimo: sabemos de las restricciones que tenemos un máximo de 10 kg.Automática: nuestra especificación es menos rigurosa y la semiautomatizacion es suficiente, debemos elegir que sistema lo será.Rapidez: sabemos de restricciones que nuestra maquina debe retirar los granos de dos elotes de distinto tamaño en un tiempo no mayor a 10 minutos.Optimización del espacio: tenemos unas dimensiones máximas de 40 por 60 cm.Que sea eléctrica: esta necesidad no es muy clara, pero nuestro criterio permite sugerir:-que tenga una toma de 127 v a máximo 2 A, monofasica-que tenga un sistema de impulsión eléctricoFácil de transportar: no es muy importante por lo cual la quitaremos de la lista final.Bajo costo: es la consideración más importante.Inoxidable: otra consideración fuera de la lista final.Segura de operar: otra necesidad ambigua que definiremos:- poca vibración-velocidad de corte regulable-paro de emergencia-no disponer piezas que puedan estar en contacto con el usuario y pongan en riesgo su integridadSeguro en partes eléctricas: es fácil definir este parámetro por sentido común:-bajo riesgo de descarga-protección térmica y de sobrecargaLimpio al operar: especificaremos de acuerdo a lo que, como diseñadores consideramos:-que no machaque el grano-que no salgan volando los granos-que se puedan limpiar fácilmente las piezas que están en contacto con el maízEficiente:-que no falle-que corte el 80% de la superficie del elote como mínimo.

LISTA DE NECESIDADES DEL CLIENTE

No. De Sistema N e c e s i d a d Importancia

necesidad relativa1 todos Peso mínimo 22 control semiautomática 1b3 Impulsión

TransmisiónMecanismo de corte

rapidez 3

4 todos Optimización del espacio

4

5 Fuente de potencia

Alimentación residencial 5

6 impulsión Que tenga motor eléctrico

5b

7 todos Bajo costo 18 Impulsión

TransmisiónMecanismo de corte

Poca vibración 6b

9 ControlImpulsióntransmisión

Velocidad de corte regulable

6c

10 control Paro de emergencia 6a11 Impulsión

TransmisiónMecanismo de corte

Nulo contacto de usuario con piezas

6d

12 Fuente de potenciaimpulsión

Bajo riesgo de descarga eléctrica

9b

13 control Protección térmica y de sobrecarga

9a

14 Mecanismo de corte

No machaque el grano 7a

15 estructura de soporte

Que no salgan granos al azar

7c

16 Mecanismo de corte

Limpieza fácil de piezas 7b

17 todos Que no falle 8b18 Impulsión

TransmisiónMecanismo de corte

Que limpie el 80% de superficie

8a

Tabla 4.- lista de necesidades del cliente

MATRIZ DE NECESIDADES - MEDIDAS

Med

ida

Coefi

cie

nte

d

e f

ricció

n

Fu

erz

as d

e

cort

e

Efi

cie

ncia

de

cort

e

Vib

ració

n

Mate

rial

Rela

ció

n d

e

tran

sm

isió

n

Dim

en

sio

nes

Fati

ga

Peso

No. De necesidad

Necesidad

1 Bajo costo * * * * * * * * *1b semiautomátic

a* * *

2 Peso mínimo * * * * * * *3 rapidez * * * *4 Optimización

del espacio* * * * * *

5 Alimentación residencial

* * * *

6a Paro de emergencia

* * *

6b Poca vibración * * * * * * * * *6c Velocidad de

corte regulable* * * * * *

6d Nulo contacto de usuario con piezas

* * *

7a No machaque el grano

* * * * *

7b Limpieza fácil de piezas

* * *

7c Que no salgan granos al azar

* * * * *

8a Que limpie el 80% de

superficie

* * * * * *

8b Que no falle * * * * *9a Protección

térmica y de sobrecarga

* * * * * *

9b Bajo riesgo de descarga eléctrica

* * *

Tabla 5.- Matriz de necesidades medidas

ESPECIFICACIONES OBJETIVO

No. De medida

No. De necesidad

M e d i d a Importancia

Unidades

Valormarginal

Valor ideal

1 1,3,5,6b,6c,7a,7b,7c,8a,8b,9a

A-Coeficiente de fricción

3 - - -

2 1,2,3,5,6b,6c,7a,7b,7c,8a,8b,9a

B-Fuerzas de corte-fuerza resultante

9 N - -

3 1,1b,2,4,6b,6c,7a,7c,8a,8b,9a,9b

C-Eficiencia de corte-consumo de energía

6

KW

-Máx.

1

4 1,2,3,6a,6b,6c,7a,7c,8a,8b,9a,9b

D- Vibraciones-periodo-frecuenciavelocidades criticas

4seg.Hz

rpm

- -

5 1,1b,2,4,5,6a,6b,6c,6d,8a,9a,8b,9b

E-Material 8 - - -

6 1,2,3,45,6a,6b,6c,6d,7a,7c,8a,9a

F-Relación de transmisión-velocidad periférica-potencia de transmisión-perdidas-torque-rendimientocalentamiento-protecciones

5

in/seg

HpW

N-m%

A

- -

7 1,1b,4,6b,6d,7b

G-Dimensiones de la maquina-geometría y dimensión

2 metros 40 por 60

‹40 por 60

8 1,2,4,6b,8b

H-Fatiga-régimen de carga

7 Newton por metro

- -

9 1,2,4,6b I-Peso de la maquina

1 kilogramos

10 máximo

‹10

Tabla 6.- Matriz de especificaciones objetivoMEMORIA DE CÁLCULO

FUERZA DE CORTEPara determinar la fuerza de corte necesaria para aplicar al elote y desprender sus granos aplicamos una fuerza transversal en el elote y la medimos con un dinamómetro, hacemos esto cinco veces y aplicamos una medida de dispersión.

Figura 5.- corte longitudinaldel elote

Desviación Media μ= 1.9332/9.81 = 0.1970

Ahora aplicamos una fuerza tangencial y repetimos el experimento.

Figura 6.- corte tangencialdel elote

En base a esto podemos tener las siguientes hipótesis:

Fs max (N) |fis max – fs max|2 0.0668

1.857 0.07621.868 0.06521.921 0.01222.02 0.0868

Fs max=1.9332 ∆fsmax = 0.06144

Fs max (N) |fis max – fs max| 2.521 0.1132

2.500 0.0922

2.496 0.0882

2.512 0.1042

2.010 0.3978

Fs max=2.4078 ∆fsmax = 0.1591

-si hacemos un corte sobre la circunferencia de la superficie, la fuerza de corte aplicada es mayor, nos obliga a elegir un metal que tenga un modulo de elasticidad mayor y que tenga la suficiente rigidez para el corte, además de tener que aumentar sus dimensiones no considerando que podría tener un sistema de alimentación del corte. También se tiene que diseñar un sistema de sujeción que soporte el régimen de carga que se presente a la hora del corte. Es inadecuado este sistema debido a:-el cortador entra en sentido contrario a la orientación del endospermo vítreo.-el cortador debe desprender mas capa terminal.

-si hacemos un corte sobre la longitud de la superficie, la fuerza requerida es menor ya que el corte es independiente de la posición del elote, además las dimensiones de la herramienta dependen ya de criterio. La alimentación de corte puede ser manual o automática si se desea. Este sistema nos inducirá vibración debida a la carrera pero se puede disminuir con el diseño de contrapesos y volantes de inercia, esto gracias a que la disposición de los elementos se lleva a cabo en un árbol que permite introducir elementos que absorban vibraciones, cojinetes, etc.

Por lo tanto elegimos un sistema de corte transversal mediante un mecanismo de movimiento rectilíneo biela-manivela.

ANÁLISIS DE VELOCIDADES En nuestro mecanismo consideramos no tener una altura mayor a cinco pulgadas, por lo tanto el sistema tiene una velocidad límite de:VB = 20 in/segSuponiendo que tenemos la posición:Θ=100º, α=60º, ψ=20º

Para dimensionar el mecanismo utilizamos una familia de curvas velocidad de la corredera- velocidad de la manivela / posición del mecanismo. Para las condiciones iniciales y las obtenidas, nuestros requerimientos no son muy rígidos y podemos examinar para el intervalo:

Elegimos para 40º - 110º

POFigura 7.- Diagrama de fuerzas en el mecanismo

Podemos elegir para el rango:R = 0.4813 – 0.6048 in Y L=1.4439in

Figura 8.- polígono de velocidades

ANALISIS DE ACELERACIONES

Figura 9.- polígono de aceleraciones

ANÁLISIS DINÁMICO

R = 0.6048inL = 1.4439in

Para las fuerzas y pares de inercia m1= 1lbmm2= 2lbmm3= 3lbm

Para nuestros calculos

Ahora:

y

Para α=70º, ψ=24º

Finalmente determinamos el torque para necesario que necesitamos

ANALISIS DE PARAMETROS DE TRANSMISION

genérico para un motor universal pequeñoVnom =127V RPM =3100rpm

Potencia consumida sin carga

Aproximadamente el árbol tiene que girar a 620 rpm pues es un valor medio entre el rango de lo que manejan las desgranadoras que analizamos en el benchmarketing.

-La relación de transmisión a considerar es 5:1

Ancho máx.

Elegimos un ancho máximo de 8 in para las dimensiones del bastidor por lo tantodecidimos que la polea conducida no exceda los 5 cm.

Longitud máx. del bastidor= 15.748 in,

Como los elotes se cortaran a la mitad queremos optimizar en lo posible la maquina.

Tenemos un factor de servicio de 1.6 para servicio ligero.

HPreal = HPnom F.SHPreal = 0.2877(1.6) = 0.46032 HP

Diámetro de la polea conductora=

Las poleas deben ser de acero fundido con las siguientes características

Sw = 380 MPa

Sy = 225 MPa Se = 0.504

Sut = 297 MPa

Longitud de paso efectivo

C no debe ser mayor a 3 in pues nos impide la restricción acerca de dimensiones.

Velocidad periférica de desplazamiento

De acuerdo alo anterior elegimos una banda de caucho con las siguientes características

DentadaLimite de resistencia a la tracción 20 MPa

Alargamiento a la ruptura 10%E = 150 Mpaρ =9.8 N/dm3

Sección A trapezoidalVelocidad de trabajo 50 a 250 ft/min

φ= 0.7

Capacidad de tracción

Carga en el eje debida a la tensión de la correa

Tensión en la banda

Angulo de abrazamiento

Esfuerzo útil

Esfuerzo por fuerzas centrifugas

ANALISIS DE RENDIMIENTO

Potencia suministrada =214.63 W

Potencia transmitida de la polea al eje

Potencia de corte ideal

El volante de inercia absorbe214.63 W- 42.924 W = 171.706 W

La pérdida en el eje42.924 W – 25.069 W = 17.855W

El tiempo que tarde en detenerse el mecanismo debe ser mínimo, puesto que eso representa perdidas y consumo de energía.

El porcentaje de pérdida en el eje42.924 W---------100%25.069 W--------- X X = 58.40 %

Que se recupera al paro mediante el volante de inercia.

El tiempo de paro del cortador esSin volante

con volante

Para la masa del volante

ANALISIS DE FUERZAS

Figura 10.- diagrama de cuerpo libre del mecanismo

Torque mínimo en la manivela

Figura 11.- diagrama de cuerpo libre

Por esto para la manivela, biela y corredera ocuparemos bronce admiralty

Sw = 300MPaE = 103MPa

Sy = 150Mpa10% Sn,2% Zn,78% Cu

Torque producido por el motor= 0.6605 Nm PARA 3100 rpm Torque en la manivela

Velocidad critica en el eje

El cortador podemos utilizarlo de un acero dulce con bajo contenido de carbono pues su exigencia no es tan grande.Este material será M7002 y tiene las siguientes características:

Sw = 621 MPa Sy = 486 MPa

Se = 0.504Sut = 250 MPa

Figura 12.- diagrama de momentos y de cortante

ANALISIS DE ESFUERZOS

Esfuerzo máximo permisible

Aplicando la ecuación del esfuerzo cortante máximo

Momento flector M = 0.0882 N · mMomento torsor M t = T= 0.6605 N · m

Tensión por flexión

Tensión por esfuerzo de corte

Figura 13.- Esfuerzos principales

Tensiones principales

Sentido de la acción principal

Tensiones normales

Circulo de Mohr

Figura 14.- Circulo de Mohr

ANÁLISIS DE FATIGA

σmax =204.426x 103 PaTmax=821.313x103Pa

Utilizando el criterio de máxima tensión tangencial

b

a

0

+T

-T

x =204.426x 103 Pa/2=aTxy=821.313x103Pa = b

R

Sprom =102.213x 103 PaTmax=827.648x103Pa = R

Podemos ocupar el arbol y el manguito del cortador de acero 1018 con las siguientes características

Sw = 440 MPa Sy = 370 MPa

Se = 0.504Sut = 222 MPa

Factor de superficie para pieza rectificada

Ka = a Sutb = 1.58 (440)-0.085=0.942

Factor de tamaño

Factor de carga= 1Factor de temperatura = 1

Ke = 1

Ocupando el esfuerzo de von Misses

Factor de seguridad de seguridad de falla por fatiga

S

Curva S – N

SN = C + D log (N)

Para N =103 Y N= 106 CICLOS

112.2846 x 103 = (3D – 112.2846 x 103) + 6D

112.2846 x 103 = 9D-112.2846 x 103

9D = 224596.2

D = 24.9521 x 103

C = 3(24.9521 x 103) – 112.2846 x 103

C = -37428.2

Duración en ciclos

En la velocidad máxima

Duración en horas

ANALISIS DE VIBRACIONES

Este se puede llevar acabo mediante un modelo vibratorio forzado amortiguado, el movimiento amortiguado es impulsado por una fuerza externa periódica (T = π/ 2 seg.) a partir de t =0, aun con la amortiguación el sistema se mantiene en movimiento hasta que la manivela deje de girar.

Multiplicamos por cinco la ecuación originalPor C.I., postulando una ecuación de la forma

Si hacemos t = 0 , C1 =38/51

Por lo tanto la ecuación de movimiento

Tabulamos

t

0 .4215

1 -.15144

2 -.11911

3 · -.057294 · .006187· ·· ·93.902 · -.00005 093.903 · .000016 0

Vemos que el desplazamiento es despreciable, por eso no vale la pena utilizar la ecuación de deformaciones.

RESPUESTAS

Ahora podemos definir preguntas indispensables para nuestro diseño:-¿Cual sistema será semiautomático?-¿Qué función hará el operario?-¿Qué función hará la máquina?-¿Qué tipo de control se llevara a cabo?A Una de las necesidades que se tuvieron fue ocupar energía eléctrica para utilizarla en la maquina, esta cuestión se despejo por si sola pero hay otras que no son tan sencillas. B En cuanto a la automatización surge una subpregunta que nos remite a la forma en que se pondrá en contacto la herramienta con la superficie de corte. Como sabemos al momento de aplicar una fuerza de empuje a una superficie la magnitud que nos interesara conocer será la resultante de la fuerza de corte, sabemos que la fuerza de corte siempre es ortogonal, por lo tanto:.La automatización depende de que haga cada quien, como diseñadores optamos por el segundo sistema de corte, teniendo que automatizar el movimiento de la herramienta de corte.C El operario tendrá que colocar el elote en el lugar en donde la herramienta logre el corte, el giro del elote tendrá que ser manual al igual que el retirar el zuro y los granos de la maquina.También iniciara y finalizara su funcionamiento además de regular la velocidad de corte.D La maquina transmitirá potencia al sistema de corte longitudinalE El control de la maquina es manual y será eléctrico

MATRIZ DE SELECCIÓN DE CONCEPTO

CriteriosDe selección

-fuente de potencia

* /

Impulsor * / -

Transmisión

/ / * -

-mecanismo de salida (mecanismo de

* /

Elé

ctri

ca

Mecá

nic

a

un

ivers

al

Ind

ucc

ión

Sin

moto

r

Por

fric

ción

cadena

Por

corr

ea

Denta

da

en

gra

ne

lon

git

udin

al

tangenci

al

Elé

ctri

co

ele

ctró

nic

o

corte) -control * /

Tabla 7.- Matriz de selección de concepto

* BUENO/ MALO- NI PENSAR

CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS DE LOS MECANISMOS

elemento material características-motor universal

- 1.3 A , 127 V, 3100 RPM, 0.2877 HP, 0.6655 N-m,

-soporte de motor

Acero 1018 Placa redondeada con dos ranuras para tornillo autoroscante no. 8-32 por ½ para sujeción al bastidor, dos tuercas hexagonales de ½-20 para sujeción de motor a la placa

-soporte de la maquina

madera de 6 in por 15 in de ½ de espesor y 5 de alto cúbica

-polea maciza conducida

Fundición de acero

De 3.750 in de diámetro mayor, barreno de ½ inen centro, grosor de 1-1/2 in, con ranura para banda trapezoidal de 0.210 in de base mayor y 0.115 in de base menor, peso de 7.1414 lb.

-polea maciza conductora

Fundición de acero

De 0.750 in de diámetro exterior y barreno de centro de ¼ in, con las mismas características de ranura, orificio de 1/32 in para opresor.

-banda caucho Trapezoidal dentada, de 0.215 in de ancho y 0.125 in de espesor, longitud total de 16.7533 in.

-árbol Acero 1018 De 10.815 in de longitud c/2 barrenos de 0.150 in a 0.150 in de sus extremos, para pasadores cónicos de ¼ in por pie, para sujetar un casquillo de acoplo para la polea de un lado y la manivela del otro.De sección cilíndrica constante y ½ in de diámetro.

-cojinete de contacto plano

Bronce al fósforo

De ¾ de diámetro mayor y ½ in de diámetro de paso, con lubricación de aceite mineral.

-manivela con contrapeso

Bronce admiralty

De 1.725 in de alto por 1.350 in de ancho, con ½ in de diámetro de paso y barreno de sujeción de 0.150 in, 0.475 in de ancho y 80 g de peso, con barreno excéntrico a ½ in del centro del barreno de centro, de ¼ in de diámetro.

-articulación Acero dulce Dos de 1 in de longitud con orificios unión mediante manguitos de 1/8 in,uno para la manivela y otro para el bastidor.

-biela Bronce admiralty

De 2 in de longitud, un barreno de ¼ de in para acoplo a la manivela mediante manguito, otro barreno igual para sujetar el manguito de la corredera

-corredera Bronce admiralty

De 3.5 in con dos guías para el manguito del cortador y barrenos de ½ in para sujetar al bastidor.

-cortador Acero M7002 De 1 in de longitud, con uñas de ½ in y orificio de sujeción para pasador de 1/8 in

Tabla 4.- características de los elementos de la desgranadora de maíz

ESPECIFICACIONES FINALES

No. De medida

M e d i d a Unidades

Valor

1 Coeficiente de fricción - 0.19702 Fuerzas de corte

-R-Pp-Ps

NNN

4.10631.93323.6228

3 Eficiencia de corte-consumo de energía KW 25.06

4 Vibraciones-periodo-frecuencia

velocidades criticas-lateral-de torsión

seg-

Rpm

2.82-0.1514 a-0.0572786.903

6 Relación de transmisión-velocidad periférica-potencia de transmisión-perdidas-torque-rendimiento-conductores-protecciones

in/segHPW

N-m%-A

162.310.460317.8550.6605

58.4Cal 12

2

7 Dimensiones de la maquina-ancho-largo

inin

615

8 Fatiga-tensión máxima por flexión-Esfuerzo de corte máximo-tensiones principales

-tensión de Von Misses-limite de resistencia a la fatiga-factor de seguridad contra falla por fatiga-duración de ciclos del componente

KpakpaKpa

MpaMpa

-ciclos

204.426821.426

Máx. 948.584Min.-744.155

1.469304.71

2.071000018.456

9 Peso de la maquina Kg. 5

Tabla 5.- especificaciones finales

CONCLUSIONES

Durante el proceso de diseño de la maquina desgranadora de elote pudimos comprobar que el adecuado desprendimiento de los granos tiene que ver con dos factores fundamentales: la dirección del corte y la potencia con que se realiza la operación, las cariópsides por su naturaleza, tienden a ser mas duras en una dirección tangencial a la herramienta que en dirección longitudinal, la fuerza resultante tiene la misma dirección pero en este caso no es un factor del cual dependan las características que nos ayudarían al buen desprendimiento del grano. El consumo de energía es directamente proporcional a la fuerza Pp, por esta razón el movimiento alternativo es una opción adecuada pues directamente puede eliminarse si se da una potencia a la entrada adecuada.

El sistema de sujeción constituyo un problema que necesito solución pues algo así nos daría un corte mas uniforme.

De 18 necesidades se cumplieron, (a=bien, b=regular, c=no se logro)

Peso mínimo bSemiautomática aRapidez a

Optimización del espacio aAlimentación residencial a

Que tenga motor eléctrico aBajo costo bPoca vibración a

Velocidad de corte regulable aParo de emergencia a

Nulo contacto de usuario con piezas cBajo riesgo de descarga eléctrica aProtección térmica y de sobrecarga aNo machaque el grano bQue no salgan granos al azar cLimpieza fácil de piezas aQue no falle a

Que limpie el 80% de superficie b

12 se cumplieron4 de una forma regular2 no se cumplieron

Podemos decir que se logro el objetivo pues en las necesidades satisfechas están los requerimientos.

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