diseño de una linea de producciòn de fertilizante pulverizados

7/24/2019 Diseo de Una Linea de Produccin de Fertilizante Pulverizados

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Repositorio de la Escuela Superior Politcnica del Litoral

Artculo Tesis Grado

Diseo de una Lnea de Produccin de Fertilizantes Pulverizados

usando Molino de Pines

Anell Isabel Borbor Hidalgo (1), Alex Geovanny Crespo Ordez (2), Ernesto Martnez Lozano (3)Facultad de Ingeniera Mecnica y Ciencias de la Produccin (1), (2), (3)

Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 va Perimetral

Apartado 09-01-5863. [email protected] (1)

[email protected] (2)

Ing. Mecnico, Profesor FIMCP-ESPOL,[email protected] (3)

Resumen

El estudio presente trata sobre la implementacin de un equipo pulverizador dentro de una lnea de

produccin de mezcla de fertilizantes inorgnicos NPK de aproximadamente 2 ton/h en una pequea

empresa de la ciudad de Guayaquil. Para el efecto, se realiz el dise del Molino Pulverizador de

Pines, se describe la seleccin de los principales elementos que lo componen: pines, discos rotor y

estator; para posteriormente establecer su estructura externa, los resultados obtenidos muestran un

diseo funcional, cumpliendo la necesidad de transformar las mezclas de fertilizantes en polvo, con las

caractersticas adecuadas para su posterior aplicacin en los cultivos mediante las tcnicas defertirriego y aplicacin foliar a un costo competitivo, el cual result menor referente al mercado

internacional, destacando como una mejor opcin en cuanto a tecnologa, seguridad y funcionalidad.

Demostrando que la tcnica de la molienda es la que permite hoy en da obtener productos finamente

pulverizados.

Palabras Claves:Diseo, fertilizantes inorgnicos NPK, Molino Pulverizador de Pines.

Abstract

The present study of this project is the implementation of a pulverizer equipment in a production line

of inorganic NPK fertilizer mixture about 2 ton/h in a small business in the city of Guayaquil. For this

purpose, was designed the Pin Mill, is described the selection of the main component parts: pins, disc

rotor and stator, to further establish its external structure, the results show a functional design fulfillingthe requirement to transform the powder mixtures of fertilizers with the right features for subsequent

application to crops through the techniques of fertigation and foliar application at a competitive cost,

which was lower concerning the international market, emerging as a better option in technology,

security and functionality. Denoting the technique of grinding is that now allows obtaining finely

powdered products.

Keywords:Design, inorganic fertilizer NPK, Pin Mill.
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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1. Introduccin

En el Ecuador cuya segunda principal fuente deingreso econmico es la agricultura, el uso de

fertilizantes se ha vuelto indispensable debido a labaja fertilidad de la mayora de los suelos para losaltos rendimientos y la buena calidad que seesperan en la actualidad. Por lo cual el uso defertilizantes en los cultivos es indispensable paramantener una agricultura sostenible. Estos en sumayora son aplicables directamente al sueloasimilando los nutrientes por las races, sinembargo cuando las condiciones de absorcin delos nutrientes presentan adversidades odeficiencias, la aplicacin por va radicular eslimitada en tiempo y forma, es por ello que surgennuevos mtodos de aplicacin confiables, tanto

para satisfacer las reales necesidades nutricionalesde las plantas como para la fertilizacin en estos

periodos crticos. Gracias a la existencia detcnicas como la fertirrigacin y aplicacin foliares posible suministrar los nutrientes ymicronutrientes requeridos por los diversos tiposde cultivos y lograr controlar su desarrollo. Es porello que se enfoca el principal inters en el diseodel molino pulverizador de pines, con el cual seespera obtener un producto final capaz de cumplircon la granulometra que se requiere para sersoluble y aplicable.

2.

Generalidades

Se ha considerado tradicionalmente que laforma de nutricin para las plantas es a travs delsuelo, de donde las races absorbern el agua y losnutrientes necesarios. Los fertilizantes en sumayora se presentan en forma granular por unarazn especifica, se trata de que el granulo se vayadisolviendo paulatinamente para que la planta lovaya absorbiendo de acuerdo a sus necesidades yno bruscamente pues esto traera comoconsecuencia un alto desperdicio del producto y elriesgo de quemar las races provocando con esto

la muerte de la planta. Sin embargo la fertilizacinradicular no permite proporcionar a las plantas susreales necesidades nutricionales, lo que conlleva ala aplicacin de nuevas tcnicas como: lafertirrigacion y aplicacin foliar quecomplementan los requerimientos de los cultivos.La cantidad y la regulacin de la absorcindependen de varios factores, tales como lavariedad del cultivo, la fecha de siembra, larotacin de cultivos, las condiciones del suelo ydel tiempo.

Fertirrigacin [1]

Fertirrigacin o fertigacin, son los trminos paradescribir el proceso por el cual los fertilizantes sonaplicados junto con el agua de riego. Este mtodo esun componente de los modernos sistemas de riego a

presin como; aspersin, microaspersin, pivotecentral, goteo, exudacin, etc. Con esta tcnica, se

puede controlar fcilmente la parcializacin, la dosis,la concentracin y la relacin de fertilizante.

Aplicacin foliar [1]

La fertilizacin foliar consiste en la aplicacin deuna solucin nutritiva al follaje de las plantas, con elfin de complementar la fertilizacin realizada al suelo,o bien, para corregir deficiencias especificas en elmismo periodo de desarrollo del cultivo. Mediante laaplicacin foliar se superan las limitaciones de la

fertilizacin del suelo tales como la lixiviacin, laprecipitacin de fertilizantes insolubles, elantagonismo entre determinados nutrientes, los suelosheterogneos que son inadecuados para dosificaciones

bajas, y las reacciones de fijacin/absorcin como enel caso del fsforo y el potasio.

Granulometra

El trmino granulometra se refiere al tamao de laspartculas o grnulos del fertilizante y su proporcin enel volumen total del mismo. Este influye en la fijacin,solubilidad y eficiencia de fertilizante en el suelo.

Cabe indicar que para las tcnicas de fertilizacindescritas anteriormente se requiere que el productofinal presente una granulometra entre 0,1 y 0,15 mm.

3. Molino de pines

El molino pulverizador de pines est constituidopor una cmara de trituracin. Esta cmara estatravesada por un eje que gira a gran velocidad y sobreel cual van fijados unos discos especiales quecontienen los pines, basa su principio de operacin enla molienda por impacto en la que el material se ve

sometido a secuenciales colisiones debido a las altasfuerzas centrifugas y recorridos muy estrechos entrelos discos de pines dentro de la cmara. Estos pinesson posicionados en filas de tal manera que formancrculos concntricos. Muchos de estos crculosconcntricos de pines son colocados en un disco rotor.Este disco rotor de pines es adicionalmente enlazadocon un segundo disco estator. Al alcanzar la periferiael producto es seleccionado por un tamiz quedeterminar el tamao relativo de las partculas.

El logro de la deseada estrecha distribucin detamao de partcula se obtiene mediante el control dela velocidad del rotor. La variacin de la velocidad del

rotor entre unos pocos cientos de rpm hasta 5400 rpmproporciona la flexibilidad para utilizar la mquina


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como una molienda gruesa o unidad de aglomerantes,as como un molino de molienda fina o pulverizador.

Lo que comprende el cuerpo, se fabrica en acero alcarbn terminado en pintura epxica sanitaria, enacero inoxidable tipo 304 o en aluminio segn lanecesidad. Los pines son fabricados de acero

inoxidable tipo 304 sometido a temple y revenido paraelevar su propiedad de dureza. El disco rotor y estatores de acero inoxidable al igual que el tamiz.

Debido a las variantes e intercambiabilidad de suspiezas interiores: disco rotor, disco estator, pines,tamiz tiene alta adaptabilidad a la produccin y susaplicaciones, desde materiales granulares hasta

partculas sper finas. La cubierta de la cmara de losdiscos de pines se articula lo que significa que todoslos componentes en contacto con el material abrasivose pueden acceder fcilmente y limpiarse para elmantenimiento o las reparaciones necesarias.

3.1 Diseo de forma del molino

1 Tolva de carga2 Tolva de descarga3 Carcasa4 Compuerta5 Disco rotor y disco estator6 Pines7 Criba8 Motor

Figura 1. Diseo de forma del molino de pines

3.2 Distribucin de los pines

Para determinar el nmero aproximado de granosque se debern triturar por segundo para cumplir lacapacidad requerida de molienda es necesario conocerla masa de alimentacin de un grano. Segnmediciones realizadas se pudo determinar que eltamao de los granos de fertilizante varia con valoresde dimetros (dg) 2 a 4 (mm), y con una longitud

promedio (lf) igual a 3 mm.

Por la forma del granulo de fertilizante se asumecomo si se tratara de un cilindro, por lo tanto se utilizala siguiente ecuacin para hallar el volumen de granoVg:

Vg = dg

2 lf

4

Vg = 2,1 108m3

La masa de alimentacin se determina con la ecuacin:Mg = Vg

Donde: =Densidad promedio del fertilizante, 1007 kg/m3.

Mg = 2,1 105Kg

Por lo tanto se obtiene el nmero de granos a sermolidos:

Ng =Q

Mg

Ng = 26016granos

s

Se considera que el valor recomendado para lavelocidad angular de un molino de pines oscila entrelas 3000 y 3500 [rpm], y no se requiere trabajar allmite de revoluciones, adems de que el trabajo delmotor ser continuo se ha escogido el valor de 3500[rpm].

Si se divide el nmero de granos por segundo quese necesita triturar, para las 3500 [rpm] escogidas, seobtiene aproximadamente el nmero de granos que sedebern partir por cada revolucin del eje del motor, esdecir, mediante la ecuacin:

Nt =Ng

r

Nt = 480 granos/revAhora, si son 480 granos que se deben triturar por

cada revolucin, y se supone que cada pin del molinogolpear al menos un grano, se tiene que el molinotendr aproximadamente 480 pines distribuidos enambos platos del molino.

3.3 Diseo de los pines para latrituracin del grano [2,3]

El diseo de los pines es fundamental en el molino,ya que estas piezas son las que producen la fractura delos granos de fertilizante al momento del choque entreambos.

La representacin de este choque se la puedeobservar en la figura 2 a continuacin:

Figura 2.Impacto de granos en pin

Se observan tres fuerzas producidas cuando el disco

porta pines se encuentra rotando: una fuerza


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distribuida mayoritariamente de forma lateral a lolargo del mismo debido al impacto del grano en este.La fuerza centrifuga y la fuerza de gravedad.

La longitud de trabajo en cada pin es igual a de lalongitud total. Los esfuerzos a los que est sometido el

pin son de flexin en dos planos, se los presenta en una

forma combinada.Esfuerzo flexionante mximo de una seccin

transversal circular:

= 32

d(My2 + Mz2)1/2

Para establecer la condicin ms crtica, al impactarel mayor nmero de sobre un pin se realiza el siguienteanlisis:rea de grano:

Agrano = 7,07 mm2

rea lateral del pin:Alateraldelpin = 540 mm

2Nmero de granos:

#granos = Alateraldelpin

Agrano

#granos = 76 granos

Tabla 1.Typical crushing strength values (ranges) ofsome common fertilizer. [1]

FERTILIZER

Type Grade

Crushing

Stength(kg/granule)

Prilled Urea 46-0-0 0.8-1.2

Granular Urea 46-0-0 1.5-3.5Granular AmmoniumSulfate

21-0-0 1.5-2.5

Prilled Ammonium Nitrate 34-0-0 1.2-1.7Granular DiammoniumPhosphate

18-46-0 3.0-5.0

Granular MonoammoniumPhosphate

11-55-0 2.0-3.0

Granular TripleSuperphosphate (SteamGranulation)

0-46-0 1.5-3.0

Prilled Potassium Chloride 13-0-44 1.5-2.0

Granular PotassiumChloride 0-0-60 3.5-5.0

Granular Potassium Sulfate 0-0-50 3.0-4.0

Se tom al cloruro de potasio granular (MOP),fuente de fertilizacin de Potasio (K) ms usada en elmundo, como el material sobre el cual se valida eldiseo del molino pulverizador, pues este requiere dela mayor fuerza de impacto para triturarse, por lo tantoel anlisis es el siguiente:

Un grano de MOP requiere de 5N para destruirse.Entonces para el caso ms crtico en el que impacten76 granos sobre la superficie del pin se requerir una

fuerza de 380N para destruir el material, por lo tanto la

fuerza distribuida a lo largo del pin ser igual a8444,44N/m.

3.4 Diseo de los discos portapines

Con el diseo preliminar de los pines que se plante

en la seccin anterior, se establece que el primer discoporta pines (rotor) soportar 260 pines, mientras elsegundo disco (estator) 240 pines.

Una vez establecida el rea de impacto que tienenlos pines, existe parte de su longitud, la cual debeestar firmemente ajustada en ambos discos portapines.Por lo tanto el espesor de los discos debe ser capaz desujetar al pin y soportar el esfuerzo al cual estnsometidos estos.

En cada agujero del disco habr una traccin porconsecuencia de las fuerzas centrifugas de los pines,

por lo que en cada agujero se tendr una fuerzaequivalente a dos fuerzas centrifugas de un pin.Se aplica el siguiente criterio de falla por cortante:

n = Sy

2

Tomando en cuenta la consideracin antesmencionada, el esfuerzo se define como:

=2Fcf

Ad

Descomponiendo Adse tiene:

=2Fcf

2 e d1

Despejando e se obtiene la siguiente ecuacin:

e =Fcf n 2

d1 Sy

Se estableci como factor de seguridad n=16debido a las altas revoluciones a las que gira el disco.Por lo tanto, reemplazando los valores, se tiene que elespesor mnimo del disco es igual a:

e = 0.015 m

Figura 3.Distribucin de pines en discos rotor yestator

4. Presupuesto para construccin del

Molino de Pines

4.1Costos materiales


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Figura 4.Costos de Materiales

4.2Peso de los elementos del molino de

pines

Figura 5.Pesos de los elementos

4.3Costo Equipos

Figura 6.Costos de equipos

4.4Costos mano de obra

Figura 7.Costos mano de obra

4.5Costos transporte

Figura 8.Costos transporte

4.6Presupuesto total

El total de la construccin del Molinopulverizador de pines para la fbricaproductora de fertilizantes asciende a$11789,23 (ONCE MIL CIENTOSETECIENTOS OCHENTA Y NUEVEDLARES CON VEINTE Y TRES

CENTAVOS). Tendr una duracinaproximada de 22 das laborables.

Mat er ia l R eq uer id o E sp ec if ic ac io nesCantidad

(Global)

Costo Total

(dlares)

Lamina de acero inoxidable 6x1220x2240 mm 2 1296,00

Lamina de acero inoxidable 10x1220x2240 mm 1 1130,40Lamina de acero inoxidable 20x1220x2240 mm 1 2100,00

Barra redonda de acero i noxidable =20 mm 5 431,40

Perno-Tuerca-Arandela Plana Estato =16x40 mm 6 11,40

Perno-Tuerca Arandela Plana Base

Carcasa=16x40 mm 4 7,60

Tuerca De Compuerta =20 mm 3 7,29

Eje acero de transmisin =40 mm 1 20,00

Chumacera Autoalineables GMC =40 mm 2 74,14

Cauchos aisladores Bases 1 12,00

Criba de acero inoxidable =500 mm 1 92,50

Motor elctrico Siemens 30 Hp 1 1466,64

Sistema de control elctrico - 1 600,00

Acople flexible =40 mm 1 256,18

Perno Base motor =20x35 mm 4 18,40

Arandela Plana =20 mm 4 0,80

Arandela de presin =20 mm 4 2,68

Angulo L ASTM A36 50x50x6 mm 6 195,66

Pintura Base Anticorrosivo 1 45,30

Pintura Final Poliuretano 1 25,00

Perno de anclaje base estructura =20 mm 8 32,00

7825,39TOTAL


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5. Conclusiones y recomendaciones

Se recomienda lo siguiente:

1.

Los materiales necesarios para laconstruccin del molino pulverizador depines se encuentran disponibles en el mercadonacional, as como tambin existe mano deobra y profesionales capacitados ycompetentes para desarrolglar este tipo de

proyectos. Contribuyendo de esta manera, a ladisminucin de la salida de divisas en elEcuador.

2. Este proyecto representa un impulso aldesarrollo de las industrias dedicadas a lamezcla de fertilizantes inorgnicos,

fomentando una competitividad que equilibrela alta demanda de calidad y cantidad denutrientes para el suelo, en un pas donde laagricultura es una de sus principales fuentesde ingreso econmico.

3. Si se requiere aumentar la produccin sepuede aumentar los RPM de la maquina, estose puede lograr debido al factor de seguridadcon el que han sido diseados los elementosdel molino.

Se recomienda lo siguiente:

1. Se recomienda realizar la fabricacin delmolino pulverizador de pines con la finalidadde validar los resultados tericos obtenidos.

2. Se proyecta la posibilidad de una alternautilizacin del molino de pines paraimplementarlo en una lnea de produccincuyo producto final sea polvo, considerandoque si se trata de un grado alimenticio losmateriales para su construccin debern serde acero inoxidable.

3.

Se deber reemplazar en su totalidad los pinesdel molino pulverizador cuando estospresenten un desgaste del 15% en su dimetroinicial, caso contrario provocara undesbalance en la maquina con daosirreparables. De esta forma se mantendr la

productividad y rendimiento del molino.

6. Bibliografa

[1] Fertilizer Manual, UNIDO-IFDC, 3rd Edition,Kluwer Academic Publishers.

[2] Joseph E. Shigley Y Charles R. Mischke,Diseo En Ingeniera Mecnica, 6ta Edicin,Mcgraw-Hill, Mxico 2002.[3] SINGER PYTEL, Resistencia de materiales,Mxico.

diseño de una linea de producciòn de fertilizante pulverizados

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