universidad tecnológica del perú
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Universidad Tecnológica del Perú
Curso: Curso Integrador I – Escuela mecánica
Facultad: Ingeniería
Tema: “Trilladora de Kiwicha”
Informe: N°4
Profesor: Alvarado de la Portilla, Carlos Moisés
Integrantes:
⮚ Farro Oyola, Fernando.
⮚ Pumalloclla Melgarejo, Diego Armando.
⮚ Rivera Céspedes, Cesar.
⮚ Rodríguez Núñez, José Luis.
Sección: 12557
Periodo: 2019-2
2019
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FOTOGRAFIAS DE LOS ALUMNOS DEL GRUPO DE TRABAJO
Pumalloclla Melgarejo Diego
Farro Oyola Fernando
Rivera Céspedes Cesar
Rodríguez Nuñez Jose Luis
NOTAS DE LOS ALUMNOS PARA LA PRESENTACION DEL AVANCE DEL
PROYECTO
N° Apellidos y
nombres
Impreso Puntual Presen
tación
Exposi
ción
Dominio
PPT
Prom. NOTA
Forma Fondo Prom. Tiempo Tema Oral
1 Pumalloclla
2 Farro Oyola
3 Rivera
4 Rodríguez
3
ÍNDICE
1) Presentación del problema ....................................................................................................4
2) Alternativas de solución .........................................................................................................5
2.1) Engranajes rectos ................................................................................................................5
2.2) Cadenas ...............................................................................................................................6
2.3) Fajas – poleas......................................................................................................................6
2.3.1) Identificación y selección de una faja .............................................................................7
3) Elección de la mejor alternativa.............................................................................................9
4) Antecedentes de la investigación ..........................................................................................9
5) Calendarización .................................................................................................................... 11
5.1) Diagrama de Gantt ............................................................................................................ 12
6) Desarrollo del tema .............................................................................................................. 13
6.1) Síntesis del mecanismo .................................................................................................... 13
6.2) Análisis cinemático ............................................................................................................ 13
6.3) Construcción y ensamble de las piezas del modelo ...................................................... 17
6.4) Lista de materiales y costos del proyecto ....................................................................... 20
6.5) Lista de materiales y costo del modelo ........................................................................... 22
6.6)Limitaciones y dificultades encontradas en el desarrollo del modelo del mecanismo . 23
6.7) Manual práctico del uso del modelo del mecanismo ...................................................... 24
Bibliografía ................................................................................................................................. 25
ANEXOS .................................................................................................................................... 26
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1) Presentación del problema
Para comenzar, actualmente el Perú se encuentra como mayor productor y exportador de
granos andinos en el mundo, donde resaltan cuatro tipos que son: quinua, kiwicha, tarwi y
cañihua. Donde, según MINAGRI la producción de kiwicha en el año 2017 llego a 4,8 miles
de toneladas, destacando las zonas productoras de Cusco, Apurímac y Ancash [1]. Por
ello, los agricultores necesitan agilizar la recolección de granos de kiwicha para la
exportación nacional e internacional, esto se logrará haciendo el uso de máquinas agrícola
como la trilladora y segadora [2]. Ante ello se observa que muchas de las familias que se
dedican a este negocio realizan el trillado de forma artesanal o manual cuya consecuencia
es la perdida de granos en el proceso y demora en la entrega de producto.
Figura N°1 Trillado Manual La Unión - Arequipa [3]
El planteamiento del proyecto consiste en el diseño y creación de un mecanismo que
cumpla con las exigencias de los agricultores para la obtención de una cifra considerable
en kg/h en el trillado de kiwicha para su exportación que será la trilladora de kiwicha
artesanal. Por ello, se planteará las alternativas de solución para lograr dicho objetivo que
constara de la variación en los componentes de transmisión de movimiento para su mejor
factibilidad. Finalmente, con el mecanismo diseñado se logrará el beneficio de los
agricultores de kiwicha con una producción rápida y sin pérdidas de granos para la
exportación tanto nacional e internacional de la kiwicha.
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Figura N°2 Producción de Kiwicha Pisac - Cusco [4]
2) Alternativas de solución
Para lograr el objetivo del mecanismo se debe elegir la opción más factible para su debido
funcionamiento. Por ello, se hará una variación en el sistema de transmisión de la trilladora
de kiwicha con el uso: Engranajes, correas – poleas y cadenas.
2.1) Engranajes rectos
Los engranes son usados para transmitir velocidad angular y torque impulsados por un
motor para transmitir su potencia. Este elemento se usará para transmitir la potencia del
motor eléctrico hacia el eje trillador y del segundo motor eléctrico al ventilador, tiene la
ventaja de que la pérdida de potencia es mínima que es de 1% [5]. Por otro lado, tiene la
desventaja de ruido a grandes velocidades y una lubricación adecuada para evitar
desgaste en los dientes y flanco del engrane.
Figura N°3 Engranajes rectos [5]
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2.2) Cadenas
Las cadenas son usadas para transmitir fuerza de movimiento entre sus ruedas dentadas
precedidas por una potencia entregada por un motor. Este elemento será implementado
en la transmisión motor – eje trillador y segundo motor – ventilador, tiene la ventaja de
mantener la relación de transmisión constante y no existe deslizamiento. Por otro lado, sus
desventajas es que es ruidos, costoso y solo se puede usar a ejes paralelos. [5]
Figura N°4 Cadenas [6]
2.3) Fajas – poleas
Es un elemento que permite la transmisión de potencia que se basa en la unión de dos o
más poleas que se someten a un movimiento de rotación. Esta transmisión será
implementada en la conexión motor – eje trillador – ventilador con una conexión doble como
se muestra en la figura N°6. Tiene como ventajas un funcionamiento suave y sin choques,
costo relativamente bajo y requiere poco mantenimiento. Por otro lado, como desventaja
tiene altas cargas en los ejes y apoyos y ocurre resbalamiento en la correa [5].
Las correas trapezoidales o correas en "V" trabajan a partir del contacto que se establece
entre los flancos laterales de la correa y las paredes del canal de la polea. Según las
normas ISO las correas trapezoidales se dividen en dos grandes grupos: las correas de
secciones con los perfiles clásicos Z, A, B, C, D y E, y las correas estrechas de secciones
SPZ, SPA, SPB Y SPC [6]. En la figura adjunta se representa esquemáticamente una
sección tipo de correa trapezoidal o correa en "V":
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Figura N°5 Vista lateral en corte de faja [6]
Siendo:
a: el ancho de la cara superior de la correa;
h: es la altura o espesor de la correa;
ap: es el denominado ancho primitivo de la correa.
En la siguiente tabla se muestran los valores de los parámetros anteriores según el perfil
de correa:
Tabla N°1 Valor a tomar en corte [6]
2.3.1) Identificación y selección de una faja
Las correas trapezoidales se identifican por sus dimensiones físicas. Así, para proceder
a su identificación se coloca en primer lugar una letra que indica la sección de la correa,
seguido por un número que expresa la longitud nominal de la correa.
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Figura N°6 Corte de faja [6]
Operación de tensado:
Figura N°7 Tensado [6]
Siendo:
E: distancia entre ejes de poleas;
D: diámetro de la polea menor;
d: diámetro de la polea mayor.
Figura N°8 Fajas - poleas [5]
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3) Elección de la mejor alternativa
Para elaborar el proyecto integrador, se debe realizar una matriz de selección para decidir
el sistema motriz del mecanismo basándose en la descripción de los elementos explicados
en el punto 2. Por ello, se escogerá el elemento con mayor calificación de acuerdo a los
criterios escogidos.
Se presentará la matriz de selección:
Tabla N°2 Matriz de selección
MATRIZ DE SELECCIÓN
Criterio
Proyectos propuestos
Con
engranajes
Con fajas
y poleas
Con
cadenas
Uso 2 3 1
Función 2 3 2
Estética 3 3 1
Innovación 2 2 1
Facilidad de creación 1 3 1
Total 17 22 11
Siendo: 1: Bajo 2: Intermedio 3: Alto
4) Antecedentes de la investigación
Para diseñar la trilladora de kiwicha se deben mencionar los avances a través de los años
para lograr el objetivo. Por ello, se mencionan los siguientes antecedentes que aportaron
en el desarrollo de este proyecto:
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El uso de sistemas de limpieza en la maquina trilladora permite obtener una producción de
granos de kiwicha limpio, por eso es importante lograr su implementación de este sistema
para evitar la adición de malezas en la producción, la aplicación de un sistema de limpieza
por medio de una zaranda de movimiento longitudinal garantiza que no se encuentre restos
en la producción final de la trilladora de kiwicha. [7].Esta fuente sugiere un sistema de
ventilación para el trillador para una limpieza al interior del mecanismo y para el producto
final, lo cual conllevara a una mejora con respecto a las trilladoras convencionales.
La aplicación del venteo mediante un rotor axial para el sistema de ventilación para lograr
la separación del grano y la maleza, logrará satisfacer con las exigencias de los productores
de granos frente al venteo tradicional que tiene ciertas deficiencias como de generar poca
producción de grano limpio [8]. Esta fuente se apoya con la [7], la cual sugiere un venteo
por rotor axial para favorecer a la limpieza del producto y del mecanismo.
Para diseñar la trilladora de kiwicha se debe evaluar que componentes serán más
eficientes dependiendo del lugar de implementación y en la obtención rápida del grano. Por
ello, se considera el uso de cilindro trillador de barras donde puede llegar desde 400 a 1600
RPM y de dientes o dedos llamado cilindro americano que son los más básicos pero
económicos. Además del uso de rejillas o sacudidores para una separación del grano y los
restos, esto no garantiza una limpieza completa [2]. Esta fuente recomienda un tipo de
cilindro trillador entre el Americano, Europeo, etc. Basándose en la opción económica y
funcional y aclara que el modelo Americano es el óptimo para nuestro caso en las zonas
de pobreza del país.
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5) Calendarización
A continuación, se presenta la calendarización del proyecto integrador con su respectivo
responsable:
Tabla N°3 Calendarización del mecanismo
DIAGRAMA DE GANTT
PROYECTO Trilladora de Kiwicha
UNIDAD DE TIEMPO Semanas
DURACIÓN 18 semanas
ACTIVIDAD NOMBRE DURACIÓN
ACTIVIDAD
PRECEDENTE RESPONSABLE
A
Búsqueda de fuentes para el
proyecto 1 Fernando
B Recopilación de datos 1 A Jose Luis
C Problemas que se va resolver 1 B Diego
D Alternativas de solución 1 C Cesar
E
Elección de la mejor
alternativa 1 D Fernando
F Planificación del proyecto 1 E Jose Luis
G
Primera presentación de
avance del proyecto 1 F Diego
H Diseño digital del proyecto 2 G Jose Luis
I
Identificación y fabricación de
piezas 1 H Fernando
J Análisis del proyecto 1 I César
12
K Generación de planos 1 J-I César
L
Segunda presentación de
avance de proyecto 1 K Diego
M Elaboración de piezas 1 L Fernando
N Ensamble del mecanismo 1 M Jose Luis
O
Montaje y alineamiento de
poleas 1 N César
P
instalación del motor al
sistema motriz 1 O Diego
Q
Presentación de tercer avance
de proyecto 1 J-N-O-P Fernando
R Análisis cinemático 1 Q Diego
S
Revisión del funcionamiento
del motor 2 R Jose Luis
T
Realizar ajustes de
imperfecciones 3 S César
U Grabación del proyecto 5 U Fernando
V Presentación final de proyecto 1 R-S-U Diego
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5.1) Diagrama de Gantt
En el diagrama de Gantt se mostrará los procesos a seguir alrededor de las semanas que
conforman el ciclo 19-2 para el diseño y creación de nuestro mecanismo la trilladora de
kiwicha.
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6) Desarrollo del tema
En este capítulo se describirá la síntesis del proyecto, la lista de costo de materiales tanto
del proyecto como del modelo y mencionando que dificultades se presentó en la creación
del modelo.
6.1) Síntesis del mecanismo
Se realiza la transmisión de energía del motor por medio de fajas con poleas hacia el eje
trillador, que posee polea de doble canal, la cual le brindara la velocidad suficiente para el
trillado de la planta de kiwicha. Finaliza, utilizando el segundo canal de la polea del trillador
se dirige la energía a la polea de la ventiladora la cual lograr evitar el paso de malezas y
una limpieza tanto de la máquina como del producto de los granos de kiwicha.
6.2) Análisis cinemático
El cálculo que se procederá es de la relación de transmisión, las RPM que efectuaran cada
eje (trilladora, ventilador) y el torque necesario que necesitaran nuestros elementos para
lograr el funcionamiento del modelo.
La polea una rueda motriz o dispositivo mecánico, está diseñada para transmitir fuerza y
operar como mecanismo de tracción; entonces, una polea motriz que está unida al motor
es la que hace girar por medio de una correa gracias a la fricción a otra polea que está
sobre un eje, una característica es que la polea más pequeña debe girar más rápido que
la mayor [9], esto reflejado en la figura 1.
En todas se cumple:
n1×D1 = n2×D2 = n3×D3
Figura N°9 Poleas [5]
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Donde:
D: Diámetro de la polea menor [mm]
n: Velocidad de giro de polea menor [rpm]
6.2.1) Relación de transmisión
La relación de transmisión lo definimos como “i “y es la comparación del tamaño de la polea
motriz entre la polea conducida. Es decir, es una relación entre las velocidades de rotación
de dos poleas conectadas mediante una correa o faja, donde uno de ellos ejerce fuerza
sobre el otro por medio de fricción.
i=D1
D2
6.2.2) Cálculo cinemático del proyecto
Se aplicaran los siguientes datos del proyecto:
D1= 75 mm.
D2= 200 mm.
D3= 250 mm.
n1= 3600 rpm.
n2=?
n3=?
i1= ?
i2=?
Aplicando:
n1×D1 = n2×D2 ⇒ n2 = n1×D1
D2
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Figura N°10 Relación de transmisión en el trillador (Fuente propia)
Reemplazando:
n2 =3600×75
200 ⇒ n2 = 1350 rpm
n3 =1350×200
250 ⇒ n3 = 1080 rpm
Reemplazando:
i1=75
200 ⇒ i1=0.375
i2=200
250 ⇒ i2=0.8
Para nuestro proyecto tenemos los siguientes datos especificados en la tabla 1.
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Tabla N°4 Datos del proyecto
Diámetro
(mm)
Velocidad de
giro (rpm)
Polea 1 75 3600
Polea 2 200 1350
Polea 3 250 1080
Asimismo:
P=T×ω
Donde:
P: Potencia [W]
T: torque [N.m]
ω: Velocidad angular [rad/s]
Entonces en el motor:
5.5 hp = 4097.5 Watts
3600 rpm = 377 rad/s
P=T×ω ⇒ T=P
ω ⇒ T=
4097.5 Watts
377 rad/s ⇒ T1= 10.8687 N.m
En el trillador:
Como a la salida la potencia del motor no cambia que es sino solo la velocidad que es 1350
rpm es 141.37 rad/s, entonces el nuevo torque será:
T=P
ω ⇒ T=
4097.5 Watts
141.37 rad/s ⇒ T2= 28.9842 N.m
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6.3) Construcción y ensamble de las piezas del modelo
Se mostrará a continuación el proceso del desarrollo del modelo a presentar, empezando
por las piezas en 3D adquiridas por la universidad, hasta el ensamble y pulido para la
exposición final.
6.3.1) Pulido y ensamble de piezas en 3D
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6.3.2) Ensamble y pulido del modelo
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Modelo terminado
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6.4) Lista de materiales y costos del proyecto
LISTA DE MATERIALES Y COSTOS DEL PROYECTO
Elemento Descripción Imagen Materiales Cant Costo
S/. Total S/.
Motor 5.5 Hp
Acero y aluminio
1 750
750
Chumacera de pie
SKF
Acero
fundido
4 41.90
167.6
Estructura del proyecto
1.6x0.5x0.98m
Perfiles
Acero St37 1
1,100
1,100
Pernos de cabeza
hexagonal
M12,
Grado 8.8
Acero al carbono
12
2.50
30
Coladera
640x500x20
Planchas Acero St37
2
300
600
Arandelas
M12
Acero al carbono
12
0.2
2.4
Faja en “ V”
Tipo A
Caucho 2
35
70
Poleas en “ V”
Tipo A Ø15mm
Acero
fundido
1
35
35
Cilindro trillador
0.56x0.4x0.4cm
Acero St37
1
1,200
1,200
Ventilador 500x200x5mm
Planchas
Acero St37
1
450
450
21
Boquilla entrada
148x50x5mm
Planchas Acero St37
1 300 300
Boquilla salida
148x50x5mm
Planchas Acero St37
1 300 300
Carcaza de motor
330x200x3mm
Planchas Acero St37
1 150 150
Eje ventilador y cilindro trillador
Ø15x930mm Ø30x1020mm
Planchas Acero St37
2 60 120
Polea para diámetro de
eje 15 Ø250x22mm
Acero
fundido
1 80 80
Polea para diámetro de
eje 19 Ø75x22mm
Acero
fundido
1 65 65
Tolva de
salida 130x550mm
Acero inoxidable
1 200 200
COSTO TOTAL DEL PROYECTO EN NUEVOS SOLES 5,620
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6.5) Lista de materiales y costo del modelo
LISTA DE MATERIALES Y COSTOS DEL PROYECTO
Elemento Descripción Imagen Materiales Cant Costo S/. Total S/.
Motor 12V
Acero y aluminio
1 12 12
Chumacera de pie
SKF ø6
Teflón 4 5 20
Estructura del proyecto
S/M
Perfiles Acero St37
1
15 15
Pernos de cabeza
hexagonal
M5x15
Grado 8.8
Acero al carbono
12
Asumido por la
universidad
Asumido
por la
universid
ad
Coladera
S/M
PLA 1
Asumido por la
universidad
Asumido por la
universidad
Arandelas
M5
Acero al carbono
12
Asumido por la
universidad
Asumido por la
universidad
Faja en “ V”
Tipo A
Oring 2 4.5 9
Poleas en “ V”
TIPO A Ø15mm
Teflón
1 5 5
Cilindro trillador
S/M
PLA 1
Asumido por la
universidad
Asumido por la
universidad
Ventilador S/M
PLA
1
Asumido
por la universida
d
Asumido
por la
universid
ad
23
Boquilla entrada
S/M
Planchas Acero St37
1 15 15
Boquilla salida
S/M
Planchas Acero St37
1 15 15
Carcaza de motor
S/M
Mica 1 5 5
Eje ventilador y cilindro trillador
S/M
Aluminio 2 4.5 9
Polea para diámetro de
eje 15 S/M
Teflón
1 2 2
Polea para diámetro de
eje 19 S/M
Teflón
1 2 2
Tolva de
salida
S/M
Planchas
Acero St37
1 10 10
COSTO TOTAL DEL PROYECTO EN NUEVOS SOLES 119
6.6)Limitaciones y dificultades encontradas en el desarrollo del modelo del mecanismo
Durante el proceso del desarrollo en la implementación del modelo del mecanismo, se tuvo
dificultad en el acoplamiento de la faja o correa que va a transferir movimiento desde, la
polea del motor eléctrico hacia la polea que mueve al eje de la trilladora., el cual ocasionó
retrasos en la culminación de este modelo. La falla estuvo en el material escogido para
dicha faja o correa, siendo muy duro el material. Se optó por buscar una solución, a lo cual
se encontró una correa o faja de material flexible de nombre o ‘ring hidráulico, dando
solución a esta dificultad que obstruía el giro normal de las poleas. Luego las demás piezas
del modelo no tuvieron mayor dificultad para su ensamble.
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Figura N°11 Defectos de faja (Fuente propia)
6.7) Manual práctico del uso del modelo del mecanismo
El modelo de la Trilladora de Kiwicha, es un mecanismo accionado por un motor eléctrico,
de 12V DC, consta de tres poleas, donde la primera es la fuerza motriz inicial, que hará
transmitir velocidad y potencia por medio de una correa o faja a la segunda polea que
pertenece a la trilladora, soportados por dos chumaceras y un eje central; asimismo esta
segunda polea va a transmitir velocidad y potencia a la tercera polea que es la del ventilador
que también esta soportada por un eje y sus dos chumaceras.
Su uso se detalla en:
- Encendido de la llave principal térmica (ON – OFF)
- Luego encender el switch del motor eléctrico.
- Abrir la tapa lateral de la trilladora para que ingrese el producto (Kiwicha).
- Procesado de la Kiwicha.
- Colocar el saco o costal para recibir el producto ya procesado.
25
Bibliografía
[1] M. d. A. y. Riego, «Nota Técnica de granos andinos,» Lima, 2018.
[2] E. F. LLangarí Tzaqui y E. J. Benalcázar Soria, Diseño y construcción de una
trilladora y limpiadora de quinua, Riobamba, 2012.
[3] J. Ancalle, 2015. [En línea]. Available: https://diariocorreo.pe/edicion/arequipa/900-
toneladas-de-quinua-y-400-de-kiwicha-en-riesgo-622321/.
[4] A. Danper, «Danper,» 29 Julio 2016. [En línea]. Available:
http://www.danper.com/blog/kiwicha-dieta-diaria/.
[5] R. L. Norton, Diseño de máquinas, 2011.
[6] Anonimo, «Ingemecanica,» 2015. [En línea]. Available:
www.ingemecanica.com/tutorealesemanal/tutorialn121.html.
[7] C. P. Llumipanta Toro, Diseño y simulación de una trilladora de quinua hasta 350
Kg/h para el proceso de pos cosecha del sector, Quito, 2016.
[8] H. A. Vidal Bazalar, Diseño y fabricación de una máquina limpiadora de trigo, Lima,
2004.
[9] L. Mirando Larco, L. Vega Soto y P. Hernández Ladera, Dibujo Mecánico I, Lima,
2000.
26
ANEXOS
27
1) Planos de proyecto
Se presentará los planos conformados y creados del modelo utilizando el software
Autodesk Inventor con inclusión de la formalidad de la presentación con la norma ISO 5487
[9]
28
2) Planos del modelo
29
3) Informe de pedido de materiales