Diseño Conceptual de una Maquina Peletizadora de Alimentos para Aves de Corral

DISEÑO CONCEPTUAL DE UNA MAQUINA PELETIZADORA DE ALIMENTOS PARA AVES DE CORRAL

Daniel Alexander Flórez Walter Arias Ramírez Luís Bernardo Varela

Ingeniería Mecánica Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín 2010

Tabla de contenido Introducción........................................................................................................... 4 Objetivo General.................................................................................................... 5 Marco Teórico. ...................................................................................................... 6 1.1 El Pellet. ......................................................................................................... 6 1.3 Proceso de Pelletización. ................................................................................. 7 1.4 Patentes .......................................................................................................... 9 1.5 Principio físico de la pelletización por fuerzas de compresión. ...................... 14 1.6 Humedad y Temperatura. .............................................................................. 15 2. Problema ............................................................................................................. 16 2.1 Necesidad del Cliente ................................................................................... 16 2.2 Ampliación y Cuantificación de los Requisitos y Deseos del cliente ............. 16 3. Árbol de objetivos................................................................................................ 17 4. Cronograma. ........................................................................................................ 18 Cronograma de trabajo – Informe parcial. ................................................................... 18 5. Benchmarking ...................................................................................................... 20 5.1 Cotización Comercial .................................................................................... 25 6. Análisis Funcional ............................................................................................... 29 6.1 Caja Negra .................................................................................................... 29 6.2 Caja Gris....................................................................................................... 30 7. Matriz Morfológica .............................................................................................. 31 8. Análisis de Alternativas: ...................................................................................... 35 8.1 Transmisión de potencia en la etapa de acondicionamiento. .......................... 35 8.2 Sistema de transmisión a la etapa de preformado del pellet........................... 36 8.3 Selección de la matriz. .................................................................................. 38 8.4 Alimentación y dosificación de la materia prima: .......................................... 39 8.5 Transporte de la mezcla desde la alimentación hasta el acondicionador ......... 39 8.6 Homogenización de la mezcla ....................................................................... 39 9. Lista de ventajas y desventajas ............................................................................. 40 11. Matriz de objetivos ponderados............................................................................ 44 12. Descripción preliminar de la alternativa seleccionada: ......................................... 48 13. Cálculo y selección de los elementos principales de la pelletizadora..................... 49 13.1 Calculo del eje de paletas [13,14] (tabla 11, ver anexo 4).......................... 49 13.2 Calculo de la Potencia para el movimiento del eje ..................................... 50 13.4 Selección De La Tolva .............................................................................. 52 13.5 Selección De La Matriz [48]...................................................................... 53 13.6 Calculo del Sistema transmisión al eje acondicionador: ............................. 58 13.7 Selección del motor y de las poleas y correas [1]: ...................................... 58 13.7.2 Factor de servicio ...................................................................................... 58 13.7.3 Selección del tipo de correa ....................................................................... 59 13.7.4 Diámetro de las poleas............................................................................... 60 13.7.5 Longitud de la correa:................................................................................ 60 13.8 Fuerzas debidas al motor ........................................................................... 62 13.9 Diagrama de Solicitación del eje con paletas Acondicionador.................... 62 13.10 Fuerza de Arrastre y Momento de Arrastre en el acondicionador ............... 65 • • 1.

13.11 Selección de los Cojinetes a usar [28]: ....................................................... 66 13.12 Tipo de Lubricación y Método de lubricación [29] .................................... 67 13.12.1 Selección de la Grasa [29]...................................................................... 68 13.12.2 Determinación del tiempo de reengrase y la cantidad de grasa a suministrar: ............................................................................................................. 69 13.13 Calculo de la potencia perdida en los rodamientos ..................................... 70 14. Manuales ............................................................................................................. 72 14.1 Manual de operación. ................................................................................ 72 14.1.1 Descripción de la máquina. ........................................................................ 72 14.1.2 Tolva ......................................................................................................... 72 14.1.3 Etapa de acondicionamiento ...................................................................... 72 14.1.4 Etapa de extrusión ..................................................................................... 73 14.1.5 Corte de pellets y enfriamiento .................................................................. 73 14.1.6 Transportación e instalación ...................................................................... 74 14.1.7 Recomendaciones Adicionales ................................................................... 74 14.2 Manual de Seguridad ........................................................................................... 75 14.2.1 Introducción A La Seguridad ..................................................................... 75 14.2.2 Instrucciones generales de seguridad ......................................................... 76 14.2.2.1 Interruptores/Paros de emergencia ......................................................... 76 14.2.2.2 Advertencias De Seguridad .................................................................... 76 14.2.2.3 Adhesivo ............................................................................................... 77 14.2.2.4 Información de seguridad....................................................................... 77 14.3 Manual De Mantenimiento Y Lubricación ........................................................... 79 14.3.1 Lubricación ............................................................................................... 79 14.3.2.1 Rodamientos ............................................................................................. 82 14.3.2.2 Paletas ...................................................................................................... 83 14.3.2.3 Bandas 3V ................................................................................................. 83 14.3.2.4 Rodillos Extrusores y matriz Extrusora ..................................................... 83 14.4 Especificaciones para manufactura y costos de manufactura o compra [14]:......... 86 14.5 Failure Mode And Effect Analysis ....................................................................... 87 14.5.1 Conclusiones ................................................................................................ 87 15. Anexos ................................................................................................................ 88 15.1 Anexo 1: Encuesta realizada para aclarar las especificaciones del cliente y Encuesta al Cliente. ................................................................................................. 88 15.2 Anexo 2: Composición detallada del Pellet ................................................ 90 15.3 Anexo 3: Detalle de los cojinetes a usar ..................................................... 92 16. Bibliografía ........................................................................................................ 101

• Introducción Este trabajo se desarrolló con el fin de plantear una solución (entiéndase máquina, dispositivo, equipo) al problema de la producción de alimento pelletizado en una finca. Como requerimiento se encuentra la producción diaria y como objetivos se encuentran la seguridad al operario, bajos consumos de energía, bajo nivel de impacto ambiental y ser un modelo de construcción nacional cuyo costo sea inferior o igual al que pueda ofrecer la competencia en el mercado establecido. Para encontrar el diseño que cumpla las especificaciones requeridas, es decir, lo que la solución debe ser, es necesario seguir una metodología que permita clasificar y cuantificar exigencias y deseos en la solución del proceso de pelletizado. Esta metodología está basada en las desarrolladas por Pahl & Beitz [3], Ulrichh [23] y otros autores, la cual permite partir de las funciones primarias, es decir, lo que la solución debe hacer, sin plantear soluciones a priori. Teniendo en cuenta lo anterior, se realizó la búsqueda de las posibles soluciones a las sub-funciones, generando así sub-alternativas de solución. Para encontrar la alternativa de solución que mejor se ajusta a las especificaciones del cliente y del diseñador fue necesario generar una combinación de las soluciones de cada una de las sub-funciones y, mediante la selección por la utilización de diversos métodos (carta de selección, cuadro de ventajas y desventajas, matriz de objetivos ponderados), se obtiene la solución general. Posteriormente se seleccionó la mejor solución de acuerdo a los requerimientos impuestos al problema y finalmente se realizó el dimensionamiento y detalle de la solución.

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Generar el concepto de diseño de una máquina para producir alimento pelletizado para aves de corral del tipo engorde. •

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Objetivo General

Objetivos Específicos

Garantizar en los requerimientos del diseño la seguridad del operario, el menor impacto ambiental y bajo costo de fabricación y operación. Generar y comparar alternativas de solución para que, mediante criterios de selección, se obtenga la mejor solución. Utilizar las metodologías de diseño con el fin de obtener una solución basada en la identificación y la cuantificación de los requisitos y deseos del cliente y del diseñador. Generar una descripción completa del concepto de diseño y una preliminar del detalle.

1. Marco Teórico. 1.1 El Pellet. El pellet es un alimento concentrado densificado ó aglomerado, llevado a la forma de pequeñas porciones, obtenidas por medio de un equipo de pelletización. Este proceso puede ser definido como una aglomeración de muchas partículas pequeñas de ingredientes alimenticios dentro de partículas más grandes (pellets) por medio de un proceso mecánico que combina la humedad, el calor y la presión. El pelletizado fue introducido a Europa alrededor de 1920 y en la industria alimenticia de los Estados Unidos a finales de 1920 (Schoeff, 1994). La calidad del pellet obtenido mediante dicho proceso se ve afectada por diversos factores en los que se encuentran desde la materia prima hasta el proceso de producción. Otros factores que modifican o determinan el estado final del pellet corresponden a la calidad del vapor, la temperatura, la humedad, el enfriamiento, la compacidad, la dureza, entre otros (Ver figura 1).

Figura 1. Factores que influencian la calidad del pellet [Engormix, , 2009]. Entre las ventajas de la pelletización está el hecho de que en una cantidad mínima de alimento se encuentren todos los componentes necesarios para una alimentación balanceada, además mejora la digestibilidad y absorción de nutrientes, si se compara con la harina. El pelletizado evita la discriminación y selección de ciertos ingredientes por parte del animal, y las perdidas por hociqueo en comederos abiertos se ve reducida. Sin embargo, es un proceso que requiere un conocimiento adicional en la formulación, las características físicas de los ingredientes, las condiciones termodinámicas del proceso y las limitaciones del equipo, para que esta operación pueda ser eficaz y rentable, o de lo contrario se convertirá en un proceso más dispendioso (Behnke, 1994). 1.2 Composición detallada de un pellet para pollos de engorde. En la composición de un pellet para pollos de engorde, el porcentaje protéico se encuentra como mínimo en un 18% en peso, la cantidad de grasa es de mínimo un 6%, la cantidad de fibra es de máximo un 4%, la humedad es de mínimo un 12.5% y las

calorías mínimo un 55%, factores muy importantes para balancear la dieta del pollo. A grosso modo, la materia prima necesaria incluye maíz y sorgo, harina de arroz, harina de soya, harina de carne y/o harina de pescado, polvillo, aceite de palma, sal, fosfato bicalcico, carbonato de calcio y compuesto de vitaminas y minerales. Como aditivo especial puede agregarse anticocidial. [Engormix, , 2009] Las recomendaciones sobre la composición exacta se basan en formulaciones balanceadas para cumplir con los requerimientos de los pollos de engorde [22]. En algunas regiones se promueve el uso de dietas de una mayor densidad energética para líneas específicas de aves, sin embargo, este no es el enfoque buscado para los pollos de engorde Cobb 500. Los micronutrientes clave son conocidos en particular por su efecto en la formación y en la mineralización de los huesos. Es esencial que un nivel adecuado de micronutrientes sea entregado a las aves a lo largo de su desarrollo. el suplemento de dietas balanceadas con trigo entero o machacado puede reducir significativamente los niveles disponibles de calcio y fósforo. En el anexo 2 se expone detalladamente el contenido nutricional que se debe añadir a la mezcla a peletizar. En esta se muestra la formulación recomendada para pollos de engorde y las vitaminas suplementarias para esta clase de pollos. Cabe anotar que depende de la edad del pollo.

1.3 Proceso de Pelletización. Una máquina pelletizadora está compuesta por 3 etapas típicas que se encargan de procesar el material en polvo y formar correctamente los pellets, estas son: alimentación o dosificación, acondicionamiento y prensado. Una cuarta etapa corresponde al proceso de secado y enfriamiento que reduce la humedad y garantiza la integridad del pellet y la manejabilidad. A continuación se resumen las principales etapas del proceso de pelletización. ETAPAS DE PELLETIZACIÓN • Dosificación Se encauza y alimenta la materia prima en las proporciones adecuadas de sus componentes • Mezclado Se añade el vapor de agua y los aditivos, así como también se homogeniza la mezcla. • Granulación/Pelletización Se realiza la preforma y forma del pellet mediante la aplicación de fuerzas de presión que aglomeran el material. • Secado/Enfriamiento Se reduce la cantidad de humedad y se le confiere la resistencia y durabilidad necesaria.

Figura 2. Etapas de un proceso genérico de pelletizado (Fuente: KAHL GmbH&co, 2008)

En la figura 3 y 4 se muestran las dos configuraciones más comunes de peletizadoras en nuestro medio, además, en las figuras 5-14, se consideran diferentes configuraciones de patentes. La configuración de la figura 3 se caracteriza porque la etapa de alimentación se realiza por un tornillo sin fin que se encarga de transportar el material hasta el acondicionador a una velocidad variable. El acondicionador es un transportador de paletas, dentro del cual se inyecta vapor para aumentar la humedad del polvo y darle la contextura necesaria para la posterior formación de los pellets. Finalmente mediante el uso de una matriz anular vertical con rodillos de ejes horizontales se produce la extrusión de los pellets para que luego unas cuchillas lo corten al largo necesario en función de las revoluciones por minuto de la matriz.

Figura 3. Pelletizadora de matriz vertical anular. [Engormix, , 2009] En la figura 4 una segunda configuración presenta características diferentes en los mecanismos que realizan el proceso de pelletizado. Por ejemplo, la etapa de alimentación se realiza por gravedad y sin la presencia de un tornillo sin fin, de manera que el pellet es guiado directamente hacia la cámara de prensado, lo que implica que debió existir un proceso de pre-acondicionamiento anterior al ingreso de la máquina. La matriz a diferencia de la configuración anterior se encuentra en posición horizontal al igual que el eje de los rodillos. Nuevamente el largo del pellet es función de las revoluciones de la matriz y es cortado por unas cuchillas que se encuentran al interior de la misma.

Figura 4. Pelletizadora de matriz horizontal. (Fuente: KAHL GmbH&co, 2008) 1.4 Patentes A continuación se presenta un compendio de patentes a partir de las cuales se exploran las posibilidades de producción del pellet: Método de pelletización de un material para fricción y método de manufactura de materiales para fricción preformados [32].

Figura 5. Método de pelletizacion de materiales de fricción [33] Provee un método de pelletización de materiales de fricción que hace posible dar una forma preliminar de los materiales de fricción. El método de pelletización incluye los pasos que se describen a continuación: Una tolva (110) que almacena la materia prima posee un tornillo sinfín de cinta (112) que facilita el transporte de la mezcla hacia el alimentador (120) que consiste en un tornillo sinfín (122). La presión generada por dos

rodillos (130) proporciona la preforma que luego se dirige hacia los molinos cortadores (142,144). Después de ser reducidos en su longitud, el material pasa a un graduador (150) que, mediante la acción de unos platos compresores (152) y por medio de una rejilla (154) se lleva el pellet a la forma requerida. Entre las características principales de operación encontramos la capacidad de presionar el material contra una matriz sin adicionarle calor, donde los materiales son mezclados con 0.1 a 5 %peso de solvente para luego cortar el material comprimido y endurecido. Método y aparato para hacer alimento en pellets [33]

Figura 6. Método y aparato para hacer alimento en pellets [33]. El material ingresa por una tolva (2) y es llevado por un alimentador de paletas (3) hacia un acondicionador (4) en el cual se ingresa vapor por unos conductos (5), el material ingresa (6) hacia la matriz (7) donde los rodillo (9,10) presiona el material al interior de los agujeros de la matriz, que luego son cortador por cuchillas (14,15) que le dan el tamaño requerido para luego ser llevados hacia la salida (17) de donde se dispondrá un sistema de recolección. Producción de alimento pelletizado [34]

Figura 7. Producción de alimento pelletizado [34].

Un alimentador (80) suministra una mezcla de alimentos bajo la presión de un tambor giratorio (22) con cavidades de moldeo (70) a través de su periferia para llenar las cavidades. Un eyector (72) en el interior del tambor aplica el líquido caliente a presión a los extremos interiores de los pellets en las cavidades para expulsarlos del tambor. El tambor está montado sobre un giratorio y desliza sobre rodamientos a lo largo de un eje hueco (18) que sirve como un conducto para el fluido caliente, y el tambor se desliza entre una posición adyacente al alimentador y el eyector, y una posición de limpieza que retira completamente del alimentador y el eyector. Máquina pelletizadora y cortadora [35]

Figura 8. Máquina pelletizadora y cortadora [35]. El equipo consiste de un dado giratorio (50) que tiene unos agujeros (54) que se extiende axialmente. Tiene un disco cortador fijo (60) a una cara del dado y lleva unas cuchillas de corte alineadas con cada forma del agujero. El disco de corte tiene aberturas debajo de cada cortador alineados con cada agujero que permite la formación del pellet para luego ser cortado. Finalmente el transportador (22) guía el pellet a su almacenamiento. Método para preparar comida pelletizada para animales [36] Figura 9. Método para preparar comida pelletizada para animales [36].

El material ingresa por una tolva (10) y es alimentado por un sin fin (13) hacia la zona de acondicionamiento por paletas (17) y llevado posteriormente con un tornillo sinfín hacia la cámara de pelletizado (23) la cual consta de tres rodillos (24) que presionan la masa hacia los agujeros donde se forma el pellet. Molino pelletizador [37]

Figura 10. Molino pelletizadora [37] El molino de pellets comprende una matriz giratoria (8) y dos rodillos (12) que tienen contacto con la superficie interna de la matriz. El material a ser pelletizado se alimenta con la presión de los rodillos por medio de una lámina deflectora (21). Esta hoja deflectora se organiza por lo menos 45 ° antes de la presión de los rodillos como se ve en la dirección de la rotación de la matriz para quede un espacio libre de al menos 45 ° que da lugar a que entre el material. Dentro de este espacio libre, la fuerza centrífuga debido a la rotación de la matriz es efectiva y contribuye a una mejor distribución del material. Máquina pelletizadora [38]

Figura 11. Pelletización por matriz plana [38]

La máquina de pelletizado (10) tiene una matriz plana (12), esta matriz se asocia a otra matriz perforada y a un dispositivo para alimentar el material a ser presionado en la matriz plana. El dispositivo de alimentación incluye un zapata de alimentación que se dispone prácticamente paralelo a la superficie de la matriz plana y tiene por lo menos una abertura de alimentación que se dispone o se puede organizar en la región de la matriz perforada. La máquina de pelletización incluye además un dispositivo de cierre (42), dispuesto entre la zapata y la matriz plana. Rodillos pelletizadores [39]

Figura 12. Rodillo pelletización [39]. Un molino de rodillos (10) para pelletizar material tiene una primera y una segunda contra-rotación (40,42). El primer rodillo tiene una superficie exterior sólida (12); el segundo rodillo tiene una superficie exterior sólida en su parte central, un centro hueco y una serie de perforaciones en cada extremo (20). El material a ser pelletizado (30) se coloca en la parte central de la línea de contacto formada entre los rodillos y como los rodillos giran, el material se extiende hacia fuera, hacia las perforaciones donde pasa para ser cortado por una cuchilla (26) dispuesta en el segundo rodillo de centro hueco. Pelletización por extrusión [40]

Figura 13. Pelletización por extrusión [40]

Un tanque de alimentación el cual confiere el flujo de la mezcla (11) , un dispositivo de enfriamiento (12), y un tubo de alojamiento (13), el material es guiado hasta el tubo de almacenamiento (20) y posteriormente es extruido por los agujeros de la matriz donde la mezcla toma la forma de estos y se corta por gravedad. Pelletización por moldeado [41]

Figura 14. Pelletización por moldeado [41]. Este aparato permite el moldeo para la producción de pellets a partir de un material fundido. El molde (96) se caracteriza porque en uso es sumergido en el material y luego se cierra para almacenar la masa fundida en la forma de la matriz. Posteriormente, el molde cerrado se quita del material fundido y se enfría para obtener el pellet. 1.5 Principio físico de la pelletización por fuerzas de compresión. La materia prima yace como una capa frente a un rodillo de compresión, el cual la presiona dentro del agujero de una matriz para preformarlo. Cuando el rodillo pasa otra vez por el agujero este presiona nuevo material dentro del mismo, generando la preforma del pellet como se observa en la figura 15.

Figura 15. Principio de Pelletización (a) relación de compresión (b) Rc = d ( L+ 2 ⋅I

[Fuente: English Handbook for Pellet, 2009]

)

Cinco condiciones son importantes para el éxito de la compresión y por lo tanto de la calidad del pellet: • La correlación entre las cualidades de la materia prima, la capacidad de compresión de la máquina y el proceso de compresión. • La superficie y el material de la matriz y rodillos. • La longitud y diámetros de los agujeros en la matriz. • El espesor de la capa de materia prima sobre la matriz y por tanto el espesor del material que se comprime entre el bloque. • La frecuencia de compresión, es decir, la velocidad de rotación. La distancia entre la matriz y los rodillos tiene una influencia en la calidad del pellet, el desgaste en la máquina y el consumo de energía en el proceso. Las pruebas han mostrado que un incremento en la distancia entre 0 y 1 mm causa un 20% más de consumo de energía, pero a la vez reduce el volumen de desperdicio en un 30% [Fuente: English Handbook for Pellet, 2009]. En la industria los tamaños típicos de los agujeros de la matriz son de 4.36mm, 4mm, 4.76mm y 3.57mm, y una longitud aproximada de entre 2 y 4 veces el diámetro del pellet. El más comercial en el medio de los concentrados es el diámetro de 4.36mm. [Engormix, , 2009] 1.6 Humedad y Temperatura. En la fase de acondicionamiento se define la estabilidad final del pellet debido a la cocción que sufre la mezcla gracias a la inyección proveniente del caldero, con el cual el producto alcanza temperaturas entre 60 y 90°C por intervalos de tiempo 0,5 hasta 5 min. El acondicionamiento incrementa la gelatinización de los almidones, regula la carga bacteriana de la mezcla, en consecuencia aporta las propiedades funcionales y la estabilidad final del pellet [4]. La presión recomendada para el vapor en alimentos altos en proteína y concentrados es alrededor de 442KPa (Payne, 1978). Vapor: lo que se quiere con el sistema de adición de vapor a la etapa de acondicionamiento es que lo provea con alta calidad y una temperatura establecida, ya que una pobre calidad del vapor haría imposible alcanzar la calidad de pellet requerida. Acondicionamiento: el vapor requerido debe contener una calidad de 95 – 100%, es necesario que esté libre de gotas de agua, esto garantiza una buena mezcla e hidratación de la misma, la alta tasa de transferencia de calor produce que un buen acondicionamiento listo para pasar inmediatamente al proceso de extrusión o formado del pellet en la matriz. Enfriamiento: el proceso de enfriamiento puede adicionar o sustraer como mucho un 7% de humedad relativa. La humedad y el calor deben ser capaces de migrar del centro del pellet a las superficies

El proceso de pelletizado en general requiere de 3 etapas: una de aire caliente moviéndose a través del pellet y calentándolo, aire tibio atraviesa el pellet y aire frio que finalmente producen la mejor condición el enfriamiento por tipo evaporativo y permite un gradual movimiento de calor y humedad. 2. Problema 2.1 Necesidad del Cliente Diseñar una máquina que produzca alimento concentrado en forma de pellet para las aves de corral de una finca y que permita vender parte de la producción a fincas aledañas, se estima una producción de 1ton/día 2.2 Ampliación y Cuantificación de los Requisitos y Deseos del cliente Para Aumentar la información por parte del cliente además de cuantificar y ponderar sus requisitos o deseos se realizaron 1 entrevista y 1 encuesta, estas se muestran en el anexo 1 de este trabajo. Esta encuesta sirvió como base para la aclaración y para la ponderación de algunos objetivos, a continuación se muestran los de alto nivel de importancia para el cliente: bajo costo de compra o inversión, necesidad de bajo costos de repuestos y evitar la intromisión de manos en el corte durante el pele tizado. Además otras respuestas sirvieron para discriminar los objetivos de menor importancia tales como: la vida útil de las piezas, algunos diseños innovadores en que se incluían la autorregulación en la alimentación.

3. Árbol de objetivos.

Figura 16. Árbol de Objetivos.

4. Cronograma.

Cronograma de trabajo – Informe parcial.

Figura 17. Cronograma de Trabajo

Cronograma de trabajo – Informe final

Figura 17. Cronograma de Trabajo

5. Benchmarking A continuación se muestran algunas de las cotizaciones realizadas, las cuales son de vital importancia para esbozar y empezar a delimitar algunos parámetros de la máquina como son el costo, el consumo de energía, las dimensiones, entre otros. •

Maquina pelletizadora de la empresa Wuxi Taihu Grain Machinery Co., Ltd. Jiangsu, China (Mainland). Tabla1. Descripción detallada de pelletizadora [24].

Model SZLH320 SZLH350 SZLH400 SZLH420 SZLH508

Capacity Main power t/h Kw 0.2-0.4 37 0.4-0.6 45/55 0.5-1.0 75/90 0.8-1.2 90/110 1.5-2.0 110/132/160

Conditioner PowerKw 2.2 3 4 5.5 5.5/7.5

Feeder Power Inside Dia. Pellet Size Kw mm (mm) 0.75 320 6-8 1.1 350 6-8 1.5 400 6-8 1.5 420 6-8 2.2 508 6-8

Figura 18. Pelletizadora y granuladora de pellets para madera [24] Descripción detallada del producto Esta pelletizadora es usa normalmente en la granulación de madera, paja, cáscara de girasoles, y otras fuentes de biomasa. Capacidad es: 200Kg para 2 Ton/h Diámetro del pellet: 4-12mm Costo: $8,800.00 (USD) (Aprox. $18.000.000)

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Máquina pelletizadora sin procesos anteriores a la pelletización tales como el acondicionador ni alimentador de la empresa Anyang GEMCO Energy Machinery Co., Ltd.[ Henan, China (Mainland):

Figura 19. Máquina pelletizadora procesadora de alimento para animal [25]. Este tipo de “molino” puede procesar todo tipo de granos sólidos o materiales agrícolas a pequeños pellets para alimento de todo tipo de animales. A continuación se presentan las características de esta pelletizadora cuyo costo es de $8,000.000: Tabla 2. Características de la pelletizadora [25] The product description: Model: GC-9PK200 pellet press Capacity: 200-250kg/h Power: 7.5kw

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Model: GC-9PK260 pellet press Capacity: 250-300kg/h Power: 15kw

Model: GC-9PK300 pellet press Capacity: 300-400kg/h Power: 22kw

Máquina pelletizadora Pellet Pros Modelo PP600W de la empresa Pellet Pros, Inc. [42]

Figura 20. Maquina pelletizadora Pellet Pros, Inc. [42]

Las características técnicas se muestran a continuación. Power: 220volt/single phase, AMERICAN motor Amp Draw: 34 HP: 10 Weight: 502 lbs Production Capacity: Up to 100-200 lbs per hour (extremely hard wood will lower production rates) Dimensions: 51" long x 17" wide x 41"high Price: $4,500.00 (USD) (aprox. $9.000.000) PP600W replacement roller and die: $389.00 (USD) (Aprox. $778.000) Para el caso de los respuestos. •

A continuación se detalla la cotización para una maquina pelletizadora para procesar alimentos para aves de la empresa Xinxiang Hengfu Electronic Machinery [26]:

Tabla 3. Características de la pelletizadora mostrada en la figura 21.

Características: •

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Puede ser equipada con doble o triple capa acondicionadora o doble eje acondicionador, para satisfacer las diferentes necesidades de los productores de ganado de alta calidad y alimento para aves. Las piezas de la máquina brindan rodamientos de alta calidad y los sellos de aceite para garantizar la transmisión eficaz, la estabilidad, de poco ruido; A lo largo de su Longitud los acondicionadores son construidos con una serie de entradas de vapor, que pueden ser ajustados para mayor “maduración y/o homogenización de la mezcla” para asegurar mayor calidad en el alimento. Cuenta con un dispositivo de protección removible en hierro para sobrecarga.

Figura 21. Pelletizadora comercial [26] Los rodillos de presión tiene 5 medidas de acuerdo a la maquina pelletizadora y sus precios oscilan entre 73USD y 176USD. •

Máquina pelletizadora de alimento para aves de la empresa Zhangqiu YuLong Machine Co.,Ltd Tabla 4. Características de la pelletizadora [43]

Figura 23. Máquina pelletizadora comercial - rodillos y matriz Figura 22 Máquina pelletizadora procesadora de alimento

Figura 24. Maquina pelletizadora de madera [47]

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Máquina pelletizadora de madera de la empresa laizhou machinery group co.,ltd

Model No.: KL120A-1 Capacity: 75-100kg/hour Power: 6.5HP diesel engine Price (FOB QINGDAO): USD440 (manual starting) ($880000) Price (FOB QINGDAO): USD780 (electric starting) ($1560000)

SOLUCIONES INDUSTRIALES TLAXCALA TLAX. A 3 DE JUNIO DE 2010 5.1 Cotización Comercial Daniel A Florez O Ingeniería Mecánica Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín Facultad de Minas Carrera 80 #65-223 Medellín Colombia En respuesta a su petición me es grato poner a su consideración la presente cotización de algunos de los productos que fabricamos, los cuales quedan como sigue: Cantidad producto 1 Tolva con capacidad de 0.12 m3 para recibir: arenas arcillas o cualquier otro agregado. Fabricada en acero estructural, y puesta en el puerto marítimo a su elección en Colombia Notas

importe $ 136.000 COP

El precio esta sujeto a cambios sin previo aviso. Se requiere el 60% al confirmar y 40% al embarque. Para confirmar se requiere carta de crédito por una institución bancaria internacional. El precio incluye todos los impuestos y aranceles correspondientes en México. Los costos de importación y almacenaje local los cubrirá el cliente. El tiempo de entrega es de 30 días naturales después de confirmar. En espera de su favorable respuesta me despido. ATENTAMENTE ING. SAMUEL AHUACATITAN FARIAS GERENTE

HIDALGO 6-7 LA JOYA, TLAXCALA TLAX. 01 246 4628660 www.maqdec.com.mx

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Características de la matriz plana de pelletización:

Tabla 5. Características maquina pelletizadora de matriz plana de extrusión [26]

Type

SKJ105

SKJ120

SKJ150

SKJ200

SKJ250

SKJ320

Motor

YL-90L4 2.2kw

YL-90L4 2.2kw

YL132S4 5.5kw

Y160M-4 11kw

YL180L6 15kw

Y225M-6 30kw

Motor speed (r/min)

1400

1400

1400

1400

960

960

Die-diameter (mm)

105

120

150

200

250

320

Flat-die speed 300 (r/min)

366

366

366

366

300

Die-hole size

￠2.5,￠3, ￠4,￠6

￠2.5,￠3, ￠2.5,￠3, ￠2.5,￠3, ￠2.5,￠3, ￠2.5,￠3, ￠4,￠6 ￠4,￠6 ￠4,￠6 ￠4,￠6 ￠4,￠6

Output (kg/hour)

50-80

80-100

150-200 (￠4)

200-300

250-500

700-1200 (￠4)

Machine size (L*W*H) (cm) Weight (kg)

60*40*50

95*40*40

105*40*40

105*40*40

110*55*50

110*60*50

38

70

99

120

130

140

500

780

1200

1500

7000

FOB 650 Qingdao,Chin a (USD/SET)

6. Lista de especificaciones Fecha

Lista de requisitos Requisitos

E/D E

D D D

1. Geométricas Diámetros del pellet empleados en el medio, 4.36mm, 4mm, 4.76mm y 3.57mm y una longitud aproximada de entre 2 y 4 veces el diámetro del pellet [13]. Dimensiones Ergonométricos de la máquina : 1.5–2.5m de alto. 1-2m largo 0.40-0.50m ancho 2.

Materiales

E

Aceros Inoxidables, Aceros Herramientas

E

Composición nutricional para pollos de engorde Contenido de entrada de harina: Proteína (Min) ........18.0% Grasa (Min) ..............6.0% Fibra (Máx.) ................4.0% E.L.N (Min) .............55.0 % La materia prima incluye maíz y sorgo, harina de arroz, harina de soya, harina de carne y/o harina de pescado, polvillo, aceite de palma, sal, fosfato bi-cálcico, carbonato de calcio y compuesto de vitaminas y minerales. Como aditivo especial puede agregarse anticocidial (Fuente: [16], VER ANEXO 2).

D

E E D

Densidad del alimento en harina, según la formulación en el rango de 560 Kg/m3 a 730 Kg/m3, siendo los productos de la avicultura los de más alta densidad y más duros de pelletizar [1] [44] 3. Seguridad Alta Protección para el operario Uso de señales de advertencia y placas Bajo impacto ambiental de carácter nocivo 4.

D

Fuerza Máximo peso 0.2 -0.3toneladas

modificado

D D D D D

E E

Energía 5. Varias disponibles: eléctrica, química, solar Potencia 3 – 20 hp 6. Mantenimiento Mantenimiento operacionales Purga de los componentes diaria. Tiempo de operación máximo 10.000h (3.5 años) entre cada mantenimiento. 7. Producción Pellet para aves de corral 1 ton/día + 20% 8.

Operación

E E

• •

Humedad de la harina a la entrada: 4-6%wt Humedad a la salida de la extrusora:12.5%-16%wt

D

•

Tamaño de las partículas requeridas para procesar: 600 micras para la producción del pellet de buena calidad.

D

•

Rango de temperaturas de manejo en el acondicionamiento 88 y 120°C, durante 0.5 a 5minutos [4]

E D

• •

Turnos de operación 8h continuas. Eficiencia superior al 75%.

D

•

Matriz Modular

D

•

45 kg de vapor/h a 0.1 MPa.

D D

9. Transporte Facilidad de transporte terrestre Condiciones de Transporte: desensamblada

E

10. Plazo 1 meses para entregar informe.

E

11.

D D

12. Montaje Manual para el montaje y desmontaje Fabricación nal. e importación de piezas complejas

Costo < $9.000.000 [42]

6. Análisis Funcional La primera opción consistía en utilizar un solo motor porque la potencia requerida era muy inferior a la proporcionada (como se demostrara posteriormente), permitiendo transmitir satisfactoriamente la necesaria para el funcionamiento de todas las etapas. Esto se muestra en los diagramas funcional y morfológico de las figuras 28 y 31, respectivamente. En el funcional se muestra una sola entrada de energía y en el morfológico, las alternativas solo consideran un motor. Sin embargo esta alternativa no permite la independencia de ambas etapas y disminuye la versatilidad de la máquina a la hora de variar sus parámetros. Además, el uso de un solo motor haría necesario usar elementos de transmisión de potencia para ejes cruzados, por ejemplo, en el caso de pelletizadoras de matriz plana (ver figura 4). La segunda opción consistió en introducir dos motores independientes en la etapa de alimentación y acondicionamiento y otro en la etapa de preformado y corte del pellet, como se muestra en los diagramas funcional y morfológico de las figuras 27 y 30 respectivamente. 6.1 Caja Negra

Figura 26. Caja Negra de proceso de pelletización.

6.2 Caja Gris

Figura 27. Caja gris de un proceso de pelletización genérico – con dos motores.

Figura 28. Caja gris de un proceso de pelletización – con un solo motor.

7. Matriz Morfológica

Figura 29. Diagrama Morfológico – dos motores

Figura 30. Diagrama Morfológico – dos motores (Continuación)

Figura 31. Diagrama Morfológico – con un solo motor.

Figura 31. Diagrama Morfológico – con un solo motor. (Continuación)

8. Análisis de Alternativas: A continuación se presenta para cada una de las etapas del proceso de pelletización la comparación de las alternativas para determinar cuál de ellas permite la mejor solución con base en los requerimientos y especificaciones. 8.1 Transmisión de potencia en la etapa de acondicionamiento. Como las velocidades usadas en la etapa de acondicionamiento son generalmente bajas, es decir, alrededor de 20 rpm, se pueden emplear cuatro sistemas de reducción recomendados para la transmisión de carga, buscando que tengan un par nominal de trabajo adecuado y que permita manipular la carga sin interrupciones. Esto se ilustra en la figura 32. • Transmisión por cadenas. Consiste en reducir directamente la velocidad del motor haciendo uso de la relación de transmisión que esta pueda propiciar. Sin embargo esto no es un procedimiento viable ya que se tendría una alta relación de reducción y en consecuencia darían diámetros de rueda dentadas exagerados. Este sistema posee las siguientes ventajas: eficiencia de un 90%, las cargas radiales sobre los apoyos serán menores ya que no requiere de la pretensión para el correcto funcionamiento como en la transmisión de poleas y correas. Los inconvenientes fundamentales son: generación de niveles de ruidos no deseados y mayores que otros mecanismos de transmisión; requiere de un sistema de lubricación propio para la correcta operación; el desgaste de los elementos del sistema después de un periodo determinado de funcionamiento conlleva a un mal funcionamiento del mismo obligando a un reemplazo parcial o de la totalidad del sistema. • Reductor-cadena-sprocket. Consiste en tres unidades diferentes: el motor, el reductor y la transmisión para acoplarse entre si y luego unirse al eje del alimentador. General las mismas ventajas de la cadena sprocket. Sin embargo se requieren procesos de manufactura adicionales y demás accesorios necesarios, tales como acoples, de modo que el montaje general del sistema se vuelve más complicado además de las desventaja propias del sprocket cadena tales como la generación de ruido y las limitaciones de velocidad en la transmisión. • Moto reductor. Su configuración consiste un tren de engranajes organizados en 3 ejes con un eje de entrada acoplado al motor, la idea es utilizar un motorreductor disponible en el mercado local distribuido por medio del fabricante (ASSI) [14] el cual se ajusta directamente sobre el eje del acondicionador, cuenta con una eficiencia de un 92%, resulta. Soporta fácilmente las sobrecargas. Una de las ventajas que presenta esta alternativa es su alta eficiencia respecto a otros mecanismos de transmisión. Sin embargo requiere un sistema de lubricación propio para la correcta operación, generando costos superiores

• Transmisión mediante reductor- poleas y correas. Las características fundamentales de este tipo de transmisión son las siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Resulta más económico que las transmisiones por cadenas. Presenta condiciones de operación más silenciosas. Más simple de diseñar y fabricar. Su costo es un 32% del costo del reductor comercial analizado antes. Menos costo de mantenimiento. Eficiencia entre el 80 y 95%.

Una las desventajas respecto al uso de caja de engranajes es el mayor espacio ocupado en el montaje. Además, las cargas sobre los apoyos en la transmisión, aumentan por las fuerzas de tensión necesarias para la operación correcta. Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas presentadas y la preponderancia de los objetivos planteados en las especificaciones, según las cuales se debe garantizar los mínimos costos de operación y de inversión en la transmisión de potencia hacia el acondicionador, se tiene que la alternativa más conveniente el conjunto reductor poleas correas.

Figura 32. Montaje esquemático para transmisión de potencia desde el motor hasta el acondicionador. Aplicable a reductor cadena sprocket y polea – correa.

8.2 Sistema de transmisión a la etapa de preformado del pellet.

Para llevar a cabo el proceso de pelletizado, con el mecanismo de rodillos y matriz, por ejemplo, se buscará una transmisión que se ajuste adecuadamente con las especificaciones. De acuerdo con las mecanismos de transmisión más comunes es recomendable evaluar las ventajas que presentan, como son: bajos costos de inversión, de repuesto, alta eficiencia, tamaño ocupado, bajo costo de operación, seguridad al operario, entre otros. •

Sistema de transmisión con motor reductor [14]:

Para la transmisión de la velocidad y potencia requeridas del proceso se recomienda usar un reductor de engranajes marca Benzlers disponible comercialmente. Entre los alcances y ventajas que presenta esta alternativa se encuentran su alta eficiencia de transmisión. Sin embargo este mecanismo no cumple con los requerimientos necesarios para el diseño a causa de los atascamientos originados en la cámara lo que conlleva al uso de un reductor de diseño especial con costos superiores. El costo de un reductor comercial (ASSI 200L -4bg256) para acoplar al motor requerido tiene un valor actual de $3,431.300 con relación de 6,08: 1 con una capacidad térmica de 45KW. •

Transmisión con cadena y rueda dentadas:

Con base en el parámetro de funcionamiento de la cámara de prensado de una matriz plana para extrusión de pellets, la relación de transmisión con una velocidad del motor de 900rpm es de 5,5:1 la cual es exagerada. Entre sus principales ventajas se encuentra que la eficiencia esta alrededor de un 90% y que las cargas radiales sobre los apoyos serán menores ya que no requiere de la pretensión para el correcto funcionamiento como en la transmisión de poleas y correas. Por otro lado, los inconvenientes fundamentales son: generación de niveles de ruidos no deseados. Además, requiere de un sistema de lubricación propio para la correcta operación y el desgaste de los elementos del sistema después de un periodo determinado de funcionamiento conlleva a un mal funcionamiento del mismo obligando a un reemplazo de la totalidad del sistema. Con todo lo anterior, los costos finales que conllevan emplear este sistema salen de la suma del costo de adquisición inicial más los costos de mantenimiento y reemplazo. •

Transmisión mediante poleas y correas

La relación de transmisión requerida es de 5,36:1 de acuerdo a las especificaciones de funcionamiento necesarias para la cámara de prensado, la transmisión consiste en dos poleas y correas con canales en V obtenidas por fundición. Por lo definido anteriormente, las características fundamentales por las cuales se elige para el diseño se describen a continuación: 1. Resulta más económico 2. Presenta condiciones de operación mas silenciosas

3. Más simple de diseñar y fabricar 4. Su costo es un 32% del costo del reductor comercial analizado antes 5. Menos costo de mantenimiento Entre las dificultades que presenta su uso están: mayor espacio ocupado en el montaje; las cargas sobre los apoyos en la transmisión aumentan por las fuerzas de tensión necesarias para la operación correcta y con eficiencia plena. 8.3 Selección de la matriz. Se consideran tres factores fundamentales: •

• •

El costo de fabricación: selección de la forma y el material, capaz de resistir las cargas y el desgaste propio de este tipo de mecanismos (Desgaste por abrasión con los ingredientes mezclados en el alimento concentrado, corrosión debido a elementos de la mezcla como son la humedad y componentes nitrogenados). La tasa de producción que puede ser obtenida a partir de su geometría. Las condiciones del pellet obtenidas en cuanto a calidad y resistencia en función de las tolerancias de la matriz y el acabado que le confiere el proceso de manufactura. 8.3.1 Características de Diseño

Las características que debe cumplir el material seleccionado son: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Alcanzar durezas superficiales de trabajo de aproximadamente 50HRc [14] Facilidad y bajos costos de fabricación Maquinabilidad media y buen acabado superficial en los agujeros. Respuesta adecuada a los tratamientos térmicos del temple y revenido. Inactividad química y física con los componentes de la mezcla pelletizada. Aprobado para el uso en la industria alimenticia.

Observando las alternativas planteadas en el diagrama morfológico (figura 26), en primera instancia es descartada la pistola extrusora debido a que las tasas de producción (flujo másico de la mezcla extruida) son muy inferiores a las obtenidas mediante el uso de rodillos o matrices rotativas ya que no produce simultáneamente varias preformas. Así las mejores alternativas de producción son la matriz cilíndrica vertical y la matriz plana horizontal. Ahora bien, debido a la necesidad de facilitar la manufactura de este tipo de componente en nuestro medio la matriz plana es seleccionada como la mejor alternativa ya que su construcción en más sencilla y puede generarse fácilmente de discos comerciales. 8.3.2 Tipos de material recomendados [14]. Algunos materiales específicos entre los aceros aleados según el estándar Americano que se muestran a continuación son los más utilizados para la construcción de este tipo

de elementos debido al alto desempeño que presentan contra el desgaste resaltando además que son aceros obtenibles nacionalmente : Aceros Herramienta, AISI D2, DF2, D6 Aceros Inoxidables AISI 410, 420 Aceros aleados AISI 4340 8.4 Alimentación y dosificación de la materia prima: Se consideran 3 alternativas de solución: Alimentación por tolva, alimentación manual (ingresada directamente por el operario al acondicionador) y mediante banda transportadora. De acuerdo con las especificaciones, la banda transportadora requiere de una inversión mayor comparada con las demás alternativas, además de tener mayor cantidad de partes ocasionando mayor incremento en la cantidad de repuestos, y es por esta razón que esta alternativa no resulta ser la más adecuada. La otra alternativa es realizar la alimentación de forma manual, es decir, sin el uso de dosificadores; sin embargo aunque resulta ser la más económica, la seguridad del operario disminuye al tener la posibilidad de introducir sus manos por accidente en el acondicionador. Debido a que la seguridad es el objetivo primordial, esta alternativa es automáticamente descartada. La última opción es la tolva: esta logra cumplir los objetivos principales de seguridad y bajo costo de inversión y mantenimiento, ya que disminuye la facilidad con la que el operario pueda introducir sus manos en el acondicionador y los costos de adquisición son más bajos comparados con la banda transportadora. 8.5 Transporte de la mezcla desde la alimentación hasta el acondicionador La materia prima antes de ser ingresada a la máquina pelletizadora debe ser previamente preparada e inspeccionada, además de adicionarle una cantidad de 4-6%wt de contenido de agua y ser homogenizada, para ser introducida en la tolva. Para disminuir los costos de fabricación sin repercutir en la calidad del pellet obtenida, se combinaron las etapas de transporte, la humidificación y homogenización de la mezcla, aumentando a su vez el tiempo de permanencia en la cámara de acondicionamiento. Un transportador de paletas, cinta o tornillo sin fin puede cumplir este tipo de funciones mixtas, pero el primero permite una disminución en peso del equipo y una reducción considerable en los costos de fabricación. 8.6 Homogenización de la mezcla Una característica implícita en todas las pelletizadora es que su proceso es continuo o al menos sería lo más deseable. Esta característica también se busca en nuestro diseño. Debido a esto, las alternativas de mezclador vertical y mezclador oblicuo se descartan. El Gorator® es un acondicionador con un diseño innovador, sin embargo el paso de la materia por este es muy rápido, impidiendo la homogenización de la materia prima con el vapor. La siguiente opción es el mezclador de cinta el cual es diseñado principalmente para mezclas secas, además requiere de un gran diámetro para la mezcla

haciendo algo ineficiente la homogenización. La última opción corresponde al uso de un mezclador de paletas helicoides, siendo esta la más usada por las pelletizadoras comerciales, permitiendo una mejor homogenización y con diámetros menores en comparación con el mezclador de cinta, lo que la hace la candidata más adecuada para la etapa de homogenización. A continuación se muestra un resumen de las soluciones propuestas en el diagrama morfológico, es decir, un cuadro de ventaja y desventajas que genera una primera herramienta para la selección de la mejor alternativa. 9. Lista de ventajas y desventajas En la tabla 6 se presenta la lista de ventajas y desventajas de las alternativas que son producto de las combinaciones de solución a cada una de las subfunciones (ver figura 26). Este cuadro permite observar de forma global los puntos fuertes y los puntos débiles que pueden tener las distintas soluciones y de esta manera se convierte en un método independiente y redundante de selección de la mejor alternativa. Para seleccionar la mejor alternativa debe de tenerse en cuenta en primera instancia los objetivos y las especificaciones planteadas para el diseño de la pelletizadora en secciones anteriores. En primer lugar, debe garantizarse la seguridad al operario, a las partes de la máquina y al medio ambiente. Automáticamente se descarta la idea de usar una alimentación directa al acondicionador por ser un riesgo inminente al operario, es decir S2 y S3 no pueden ser llevadas más allá en consideración. En segundo lugar se encuentra la cantidad de pellet producido, la cual no debe ser inferior a la especificada por el cliente en la tabla de especificaciones. La alternativa de solución S5 no compite con las tasas de producción que pueden ser producidas por las matrices rotatorias (matriz vertical, matriz horizontal o cilindros paralelos); así queda descartada la opción S4. Ahora, si consideramos los costos permisibles (diseño, construcción y mantenimiento) los cuales no deben exceder el costo esperado por el diseñador y el cliente, se tiene que el uso de camisas refrigeradas supone un gasto excesivo comparado con la alternativa que propone convección forzada por un ventilador, donde no se requiere el uso de dispositivos adicionales como bombas centrifugas o válvulas de paso. Además el uso de tornillos sin fin en vez de paletas transportadoras implica un costo superior y aporta mayor peso a la estructura. Por lo enunciado anteriormente las soluciones S4 y S5 quedan descartadas. Por último, debido a la necesidad de alcanzar temperaturas cercanas a los 90ºC con el fin de eliminar agentes patógenos y proporcionar una humidificación adecuada a la mezcla de forma homogénea, se descartan las soluciones que conllevan al uso de agua líquida en el acondicionador. Así que las alternativas S6 y S4 quedan finalmente descartadas por no cumplir con las especificaciones de diseño. Las alternativas más opcionadas son entonces la S1 y la S7. La S7 carece de un sistema que direccione el pellet y organice su recorrido desde el corte hasta el enfriamiento; por otro lado, la alternativa S1 presenta las mejores cualidades de producción del pellet y según el punto de vista de las ventajas y desventajas cumple las especificaciones de diseño.

Tabla 6. Lista de ventajas y desventajas.

Tabla 6. Lista de ventajas y desventajas (Continuación)

10. Carta de selección Con la siguiente carta de selección se comparan las diferentes alternativas de solución. Las alterativas que resultan ser más acertadas respecto a las especificaciones son S7 y S1. Para mejor claridad, obsérvese el cuadro de ventajas y desventajas.

11. Matriz de objetivos ponderados La matriz de objetivos ponderados es una de las herramientas decisivas a la hora de Seleccionar alternativas o conceptos, ya que le da valores cuantitativos a cada uno de los objetivos, Para realizar esta matriz es necesario hacer primero una matriz de ponderación la cual me magnifica el grado de importancia dentro del diseño de cada uno de los objetivos, llamando peso a esta cuantificación luego un análisis del Valor de acuerdo a la norma VDI2225. A continuación se muestra estas matrices resultante del árbol de objetivos realizado a la maquina pelletizadora: Tabla 7. Matriz de Ponderación

Tabla 8. Matriz de Análisis de Valor.

Continuación Matriz de análisis de Valor

Tabla 9. Matriz de Objetivos Ponderados

12. Descripción preliminar de la alternativa seleccionada: La energía proporcionada en forma eléctrica se transforma dentro de un motor en energía mecánica, que es transmitida a los componentes de la maquina por medio de poleas y correas. En la etapa de alimentación, la pre-mezcla de harina húmeda ingresa de forma manual a una tolva que dosifica y permite un proceso continuo y además de que garantiza una mayor seguridad para el operario. La pre-mezcla llega a la etapa de acondicionamiento por gravedad y con la ayuda de un rascador. Allí un eje de paletas la transporta y homogeniza a la vez que se le suministra melaza y vapor (humedad y calor), buscando darle las condiciones adecuadas antes de la etapa de preformado del pellet. En la etapa de preformado, la mezcla es sometida a un proceso mecánico de transformación, dado por una fuerza de presión que aglomera y densifica el alimento en pequeñas porciones y con una geometría específica. Esto se realiza mediante un par de cilindros ranurados montados sobre un mismo eje que giran independientemente sobre una matriz horizontal a la que se le imparte movimiento mecánico por una polea unida al motor. Luego de la etapa de preformado unas cuchillas cortan el pellet según el tamaño predeterminado en función de la velocidad de giro de la matriz. Por último, un ciclón se encarga de direccionar el pellet hacia la parte inferior donde el ventilador lo enfría para garantizar su integridad y reducir la humedad.

Figura 33. Concepto preliminar de una maquina pelletizadora de alimentos.

13. Cálculo y selección de los elementos principales de la pelletizadora 13.1

Calculo del eje de paletas [13,14] (tabla 11, ver anexo 4)

La capacidad requerida para la maquina pelletizadora es de 1 ton/día +20%, lo que conlleva a una producción de 150kg/h • • •

Tipo de material a ser transportado: Harina húmeda Distancia recorrida: 1metro Clasificación del material: (tabla 1, ver Anexo 4) Tamaño: B6 Fluidez: flujo lento 4 Abrasividad: Abrasividad media 5 Propiedades misceláneas o riesgos: Se compacta bajo presión X

•

Características del material (tabla 2, ver anexo 4) B6-45-X

•

L-S-B

30A

Selección del tamaño y la velocidad del transportador Para determinar la capacidad del transportador se debe basar en los siguientes aspectos: % de carga de la sección transversal del transportador. Diámetro del helicoidal.

Máximas RPM recomendadas ó permisibles.  3  Capacidad Re querida  ft h   N= = RPM del Sin Fin (1)  ft 3  at 1rpm  h   Se utilizó la teoría para el cálculo de un tornillo Sin Fin y al final se realiza una modificación para 4 paletas/revolución. Se tiene un sinfín de paso estándar con diámetro de eje Ø=10 cm (4”) y longitud L=100cm. La permanencia de la mezcla para el acondicionamiento es de t= 2.5 minutos. Tabla 10 capacidad del sin fin [13] (tabla 3, ver anexo 4) Capacidad (Sin Fin) A una RPM A max RPM 0.41 53

Por tratarse de un eje con paletas se procede a dividir el paso por revolución en 4

Pasopaletas = 2.5cm Según una relación lineal obtenemos que para una longitud de 100cm se obtiene 40 revoluciones. Como parámetro de diseño la mezcla permanece 2.5 minutos con el fin de garantizar el mayor tiempo de homogenización de la humedad introducida en el acondicionador y cumplir con las restricciones de caudal y flujo másico. Es por esto que en el acondicionador se tiene que: 40rev = 16 RPM = 2.5min Para obtener la capacidad requerida utilizamos la ecuación (1) y la capacidad del Sin fin a una RPM, donde se tiene que: 16 RPM Capacidad requerida = 3 0.41 ft por RPM h

Capacidad requerida = 5.46 ft

3

3

h

= 0.155 m

Capacidad requerida = 139.5 Kg

13.2

h

Calculo de la Potencia para el movimiento del eje

HPf = potencia necesaria para mover al vacio

HPf =

LNFd Fb 1000000

Donde, L=100cm=3.28084 ft N=16RPM Fd=12 (tabla 4, ver anexo 4) Fb=1 (tabla 5, ver anexo 4) Obteniendo que,

HPf =

3.28084 ft ×16RPM ×12 ×1 1000000 HPf = 0.000630 HP

La potencia para mover el material viene dado por C LW F f Fm Fp HPm = 1000000 Donde, C=Capacidad=7.1ft3/h L=3.28084ft W=densidad del material=750 Kg/m3=46.821 lb/ft3

h

(

× 750 Kg

m3

)

Ff = factor helicóide=1.0 (tabla 6, ver anexo 4) Fm = factor de material=0.6 (tabla 2, ver anexo 4) Fp = factor de paleta=2.16(tabla 7, ver anexo 4)

7.1× 3.28084 × 46.821×1× 0.6 × 2.16 1000000 HPm = 0.00141HP Para obtener la potencia total del motor utilizamos ( HPf + HPm ) Fo HPTotal = e Fo =5.814 (tabla 8, ver anexo 4) E=0.88 por ser transmisión motor-polea-eje (tabla 9, ver anexo 4) HPTotal = 0.0135HP = 10W HPm =

Sin embargo cuando el transportador – acondicionador recibe la carga de una tolva, el llenado en los primero 3 a 5 pasos del helicoide es pleno y por recomendación es necesario añadir 1HP a la potencia del motor quedando así 1.0135HP [14] Es por esta razón que se toma una potencia nominal y comercial para el motor de 1HP. 13.3

Calculo Del Torque [13]:

Pot : Torque × RPM × 2π Torque =

Pot 745W 60 seg = × 2π × RPM 2π × 16 1min

Torque = 223N ⋅ m ≈ 1959.71lb ⋅ in Con un eje de diámetro 1” se procede a calcular el mayor esfuerzo que puede soportar. Por lo tanto se tiene que las especificaciones del eje son. Tabla 11. Especificaciones del eje aleteado Especificaciones del eje (Tabla 10, ver anexo 4) Schedule 40 Diámetro 1” Longitud 1m El torque debe ser menor a 3140lb.in. Los tornillos y el acople están por encima del valor del torque nominal 1959.71lb.in Tr τ= J Donde, π 4 J= rext − rint4 2 Por lo tanto, se tiene que

(

)

33.4 2 τ= 4 4  π  33.4   25.4   −      2   2   2   53 ×

τ = 1.23MPa Por otro lado la deformación ocasionada por el aumento de temperatura viene dada por ∆L = L ( T1 − T2 ) α Donde

α = 9.9 ×10−6 T =°F ∆L = 39.3701in (194°F − 77°F ) 9.9 ×10−6

∆L = 0.046in = 1.16mm La deflexión del eje ocasionada por su peso es 5 EL3 δ= 384 × 2900000 × I Tenemos que el peso del eje es Weje = 2.8Kg y el peso total de las paletas es W paletas = 0.02865 Kg

Por lo tanto se tiene que Wtota = Weje + W paletas = 2.82865 Kg El momento de inercia I viene dado por I =

π 4 ( rext − rint4 ) 4

Por lo tanto 4 4 π   33.4   25.4   I =   −   4   2   2  

I = 40656.27 ×1000−4 m4 Luego tenemos que 5 × 2.82865 ×13 δ= 384 × 2900000 × 40656.27 ×1000−4 m4

(

)

δ = 0.0004622m = 0.4mm 13.4

Selección De La Tolva

La tolva posee un volumen de 0.114m3 lo que permite almacenar el material necesario para 34 minutos de operación (ya que el flujo másico de 0.2m3/hora). El ángulo de inclinación de 70° respecto a la horizontal de sus paredes es tal que excede el ángulo de reposo de la harina húmeda que oscila alrededor de los 30° respecto a la horizontal. Por lo tanto el material fluirá debido a los esfuerzos de corte en su volumen y no es necesario el uso de dispositivos adicionales como rascadores ni transportadores de cinta.

13.5

Selección De La Matriz [48]

De acuerdo con la alternativa seleccionada para el conjunto de preformado (matriz plana horizontal), se pueden distinguir diversos elementos que intervienen en el proceso de pelletización: •

•

• •

Conjunto de rolado: Consiste en un par de rodillos que giran libre e independientemente sobre rodamientos unidos a un eje fijo y este a su vez unido a la carcasa del alojamiento de la matriz, soportado por rodamientos montados en chumaceras. Matriz: Es el componente al que se le transmite el movimiento a partir del motor de la maquina pelletizadora. La matriz posee perforaciones a lo largo de su eje por donde fluye el material. Son dichos agujeros y el espesor de la matriz lo que determina la calidad y el tamaño del pellet a producir. Alimentación: Corresponde al material que se compactará con el objetivo de formar el pellet. Áreas de trabajo, compresión y extrusión: Corresponden a las zonas donde el material es forzado, compactado y extruido para generar el pellet.

Como resultado de la interacción de los elementos enunciados anteriormente pueden distinguirse tres fuerzas principales actuando en proceso de “mordido” de la alimentación hacia los agujeros de la matriz. Para mayor claridad véase la figura 15. Estas fuerzas son: •

• •

Fuerza de rolado: Es la fuerza del rodillo actuando sobre el material. Esta fuerza actúa sobre el material en el punto de contacto con la matriz. Es la fuerza que comprime y extruye el material. Fuerza normal: Es la fuerza de la matriz que se resiste al flujo del material a través de los agujeros de la misma. Fuerza tangencial: Es la fuerza en dirección tangencial a la circunferencia de la matriz que evita el deslizamiento del material a lo largo de la cara de la matriz desde la parte frontal del rodillo. Esta fuerza se relaciona con la presión que ejercen los rodillos y las características de fricción del material a pelletizar.

Figura 34. Fuerzas involucradas en el proceso de pelletización, etapa de compresión [48]. Adicionalmente a las fuerzas involucradas debe de tenerse en cuenta los siguientes factores que influyen en la magnitud de las mismas, en la tasa de produccion y la clidad del producto pelletizado: •

Tasa de alimentación:

Es un factor preponderante en el desempeño de la matriz debido a que la tasa de alimentación y el espesor de la capa de material sobre la matriz modifican las fuerzas involucrada en el proceso. En la figura 35 puede verse como doblando el espesor de la capa de material se doblan las fuerzas tangenciales que no favorecen la compresión del material en los agujeros de la matriz, sino que por el contrario lo empujan hacia adelante mediante de los rodillos

Figura 35. Efecto del exceso de alimentación en los rodillos. Aumentan las fuerzas de fricción tangencial y cae la eficiencia de la pelletizadora. [48]

•

Distribución de la alimentación:

Es entonces recomendable mantener una alimentación uniforme así como también cargas motoras constantes: Una buena pelletización se distingue cuando se forma una capa muy delgada en frente de los rodillos que es fácilmente “mordida” por los mismos, motivo por el cual debe evitarse el deslizamiento. •

Arreglo de los rodillos:

Los rodillos en contacto directo con la matriz no son permitidos ya que pueden causar fallas irreversibles a la matriz. Nunca debe haber contacto directo y la única manera posible de que los rodillos roten debe ser por medio del movimiento que le imprime el punto de contacto sobre el material. •

Características de fricción propias del material alimentado:

Cuando la humedad añadida es excesiva se presenta deslizamiento de los rodillos lo que altera la fuerza motriz que los impulsa y el material pierda la habilidad de hacer girar el rodillo. Sin embargo, con una humidificación inadecuada se limita la capacidad del material de fluir hacia y por los agujeros: aumenta la fuerza de fricción en los agujeros comparado con la fuerza de compactación de los rodillos. A continuación se presentan las dimensiones a tener en cuenta para los agujeros de la matriz extrusora: Q: Ángulo de avellanado D: Diámetro de entrada del agujero d: diámetro pasante del agujero A: Diámetro final del avellanado B: Diámetro final del agujero L: Longitud de pelletización T: Espesor de matriz X: Longitud de salida Figura 36. Longitudes características de un agujero de matriz. [48] Para maximizar la tasa de producción debe existir un arreglo óptimo de los agujeros que permita tener la mayor cantidad. Sin embargo, si estos agujeros se encuentran demasiado cerca unos de otros hacen que la matriz pierda resistencia y rigidez. En el

caso de nuestra producción de alimento pelletizado para pollos de engorde, se utiliza la matriz “densa” de agujeros debido las bajas solicitaciones y a los materiales que serán allí procesados [48], denominados “fáciles de pelletizar”. Otras clasificaciones que no son las nuestras incluyen, por ejemplo, a los minerales los cuales representan un mayor esfuerzo por parte de los componentes de la matriz y su arreglo de agujeros es conocido como “heavy duty”. Las dimensiones recomendadas para agujeros de matrices de producción de alimento pelletizado para pollos de engorde es de 5mm, tal y como se tiene en las especificaciones de la matriz, considerando que en el enfriamiento se reducirá más aun el tamaño del pellet. [48]. El espesor de las matrices varia normalmente de a ¼” (6.35mm) entre 11/4” (7cm) y 5” (12.7cm). Sin embargo, en nuestro caso usaremos una matriz de 3cm de espesor y 25cm de diámetro por llevarse a cabo un previo acondicionamiento que facilita la compactación y extrusión del pellet. Además, debido a las cargas y régimen de trabajo (producción), el material no estará sometido a esfuerzos que puedan deteriorar su desempeño. Finalmente, el tamaño del pellet de alrededor de 8mm de largo y 4.4mm de espesor puede ser fácilmente producido en una matriz de estas dimensiones. El esquema que muestra el arreglo de los agujeros se ilustra en la figura 37.

Figura 37. Detalles de la matriz plana de la maquina pelletizadora. Número total de agujeros 720. Matriz de espesor 3cm. [48] A continuación se realiza el cálculo necesario para determinar las revoluciones de la matriz para mantener una capa de material de 0.6cm de espesor sobre la misma. Debido a que el rodillo posee un diámetro de 10cm, solo una parte de la matriz resulta efectiva en un instante determinado. En la figura 38 se detallan las dimensiones de los orificios de la matriz plana.

Figura 39. Geometría de los agujeros de la matriz [48] Para que la matriz entregue 150 Kg/hora (ya que se requiere 1 Ton/día-laboral con 8horas/día-laboral), por cada orificio (720 orificios en total) debe pasar 0.21Kg/hora/Orificio; esto arroja un caudal de 2.77x10 -4 m3/hora/Orificio para una densidad de 750Kg/m3. Si con cada revolución de la matriz, es decir, con el paso de cada agujero por debajo ambos rodillos se llena un 20% del agujero, manteniendo una capa sobre la matriz de 0.6 cm de espesor de material a pelletizar, se tiene una tasa de alimentación de 117.81mm3/rev. con lo cual, para el caudal estimado de 2.77x10-4 m3/hora/Orificio debe de garantizarse una frecuencia de revolución de 39.2 RPM.

Figura 40. Rodillo de compresión. [48]

13.6

Calculo del Sistema transmisión al eje acondicionador:

El Sistema de transmisión desde el motor hasta la pelletizadora es el siguiente:

Figura 41. Esquema Sistema de transmisión de potencia 13.7

Selección del motor y de las poleas y correas [1]:

El torque requerido en la maquina es de 53 lb-pulg, buscamos en catálogos y seleccionamos el motor que se acomode a nuestros requerimientos con cierta holgura.

13.7.1 Selección del motor Se seleccionó Motor trifásico Jaula de Ardilla, marca siemens 60Hz 220-230V 1HP – 900RPM 13.7.2 Factor de servicio Es necesario conocer el factor de potencia de la máquina, por esto se mira en la tabla 7.1de la Ref. [27], aquí se muestra a continuación:

Figura 42. Clasificación de los tipos de procesos para el factor de servicio [27] El acondicionador clasifica como mezclador y transportador, cuyo F.S. para un rango de 6-15 horas por día es de 1.1 sin embargo con este motor se va a mover la matriz extrusora que clasifica dentro de extrusores cuyo factor de servicio para el mismo rango es de 1.4 así que este es el F.S. seleccionado. Se calcula la potencia Corregida
   =
   ∗ . . = 1,4


13.7.3 Selección del tipo de correa Con esta potencia corregida se busca en la figura 15 [27], y se tiene que el tipo comercial que se ajusta es la correas en 3VX.

Figura 43. Tipos de Correas comerciales vs potencia corregida [27]

Figura 44. Diámetros de poleas comerciales [27] 13.7.4 Diámetro de las poleas Como no existe una restricción de Velocidad Tangencial, ni de espacio, se puede tomar a criterio propio la polea comercial. Mirando en la figura 44, se toma: Dpe=2,6pulg, Así

   =  ∗  2 2 Despejando la Dps, teniendo en cuenta que la  es de 100 RPM, se obtiene  ∗ 

Dps=23,4 pulg se toman la más cercana de acuerdo a las existentes comercialmente mirando en la figura 16, así Dps=24,95pulg Re calculando la Velocidad angular:

 = 94RPM 13.7.5 Longitud de la correa: )* − + 4∗ Se toma 15 pulg como la distancia entre centros para el primer par de poleas % = 2 ∗  + 1,57 ∗ )* + + +

)24,95 − 2,6+ = 73,6 /01 4 ∗ 15 Se aproxima a la longitud de correa estándar más cercana, de acuerdo a la tabla 12 [27] y se muestra a continuación: % = 2 ∗ 15 + 1,57 ∗ )2,6 + 24,95+ +

Tabla 12. Longitudes Comerciales de correas 3V [27]

Así L=75pulg, con esta longitud se re-calcula la distancia entre centro:

=

4% − 6,28) +  + + 3)4% − 6,28) +  ++4 − 32) −  +4 16

C=16 pulg. Se hace lo mismo para el siguiente sistema de polea correa:

 = 94/  = 16/

/ = 2,6/01

Tomando la ecuación de relación de transmisión y reemplazando los valores anteriores y despejando el valor de Dps se obtiene que: /* = 15,2/01 Buscando en la figura 16 aproximamos a la comercial más próxima, así Dps=13,95pulg

Re-calculando la velocidad angular:  = 17,5rpm Calculando la longitud de la correa se toma C=15pulg, reemplazando en la ecuación de longitud de correa:

% = 64,106/01 Se aproxima a la longitud de la correa más cercana: L=63 pulg Re-calculando la longitud entre centros, de acuerdo a la ecuación de la distancia entre centros de poleas: C= 17,6 pulg

13.8

Fuerzas debidas al motor

A continuación se determinan las fuerzas debidas al torque de la polea inducido por el motor de 1HP:

Figura 45. Diagrama de polea conductora, conducida y bandas

9: =


745,7 < = = 75,683 .  ; 9,84 =>? @

9′ = 75,683 .  9: 9 = 0,35) −  : + = 0,35 = 401,106 .  0,066 BC  = ′ ∗  ; E = 0,3; F = G  : = 734,62 ;

 = 1880,64

Componente Horizontal de la tensión de las bandas 9H =  : H + H = 1849,26 Componente Vertical de la tensión de las bandas 9I =  : I + I = −1849,26

13.9

Diagrama de Solicitación del eje con paletas Acondicionador

A continuacion se muestra el DCL del eje acondicionador con paletas:

R2x R2y

TD Fz meg

R1x Tx

MR1 Tp

Ty + mp*g

Rz R1y Figura 46. Diagrama de cuerpo libre del Eje Acondicionador.

De la anterior figura vemos la cantidad de fuerzas que recaen sobre el eje del acondicionador, a continuación se muestran cuales son conocidas y cuales fueron halladas mediante cálculo: Fuerzas Conocidas: Tabla 10. Fuerzas conocidas. Tx =2290,26 N

Componente radial producida por las correas

Ty=2290,26 N mp =45Kg TD =9,33E-6N.m

Componente radial producida por las correas Masa de la polea Momento ocasionado por las fuerzas de arrastre debidas al flujo de harina húmeda Fuerza de empuje ocasionada por el transporte de la harina húmeda Torque ocasionado por el motor, dependiente de la potencia y velocidad angular Masa del eje

Fz=1N Tp=223 N-m me =4 Kg

Fuerzas halladas: Tabla11. Fuerzas halladas mediante cálculo. R1y= 2485,88N Reacción vertical del apoyo 1 R2y= - 162,62N Reacción vertical del apoyo 2 R1x= 1992,74N Reacción horizontal del apoyo 1 Rz= 1 N Reacción axial debida a las fuerzas de arrastre de la mezcla R2x= - 143,48N Reacción horizontal del apoyo 2 Torque Perdido debido a la fricción en el MR1=1,183 cojinete 1 Nm MR2=0.108Nm Torque Perdido debido a la fricción en el cojinete 2

Cabe aclarar que las fuerzas de empuje debidas a la masa, se reemplazaron por una fuerza y momento (Td y Fz) las cuales son las resultantes de las demás fuerzas localizadas en las aletas. A continuación se muestran el Diagrama de Solicitación presente en el eje acondicionador con paletas:

Figura 47. Diagrama de Solicitación en el eje Acondicionador en el eje y

Figura 48. Diagrama de Solicitación en el eje acondicionador para el eje x.

13.10 Fuerza de Arrastre y Momento de Arrastre en el acondicionador Cuando la mezcla pasa a través del eje con las paletas helicoides se generan fuerzas axiales de arrastre y momentos de arrastre, debido a que se le está forzando a fluir, estas fuerzas viajan a través del eje hasta los apoyos. En la figura 19 el flujo de fuerzas que recorre el eje con las paletas:

Figura 49. Flujo de Fuerzas en el eje acondicionador

Para el cálculo de estas fuerzas se utilizo la siguiente ecuación [31]:

D = CD ρ A Donde: D = CD = ρ = A = Uo =

Uo2 2

fuerza de arrastre (Drag). coeficiente de arrastre (determinado experimentalmente)=2.0 [31] densidad del fluido= 750Kg/m3 área frontal del cuerpo perpendicular a la corriente U0 = 1,84E-3m2 velocidad de la corriente libre. =ω*rm=0,0532m/seg

Se hicieron las siguientes aproximaciones: - Asumiendo que las aletas son placas rectangulares - Se asumió un Radio medio rm para el cálculo de la velocidad tangencia V - La densidad es constante a lo largo del acondicionador - Se determino la condición mas critica y es en la que el llenado de la mezcla en el acondicionador sea total. Asi:  = 2,34J KL para una sola aleta, además como esta fuerza es perpendicular al area proyectada, conociendo el angulo de hélice (ver figura 20), se pudieron obtener las fuerzas axiales y tangenciales.

Figura 50. Fuerzas de Arrastre, Tangencial (Ft), Axial (Fa), y Resultante (D) Hallamos las proyecciones de D y estos valores se multiplican por 39 aletas. Así encontramos que: Fa=1N Ft=11E-3N Td=F*d=9,33E-6N.m Estas fuerzas pequeñas se deben principalmente a que la velocidad angular del eje es muy baja y a que el área efectiva de contacto con la mezcla es mínima. 13.11 Selección de los Cojinetes a usar [28]: Existen 2 tipos de rodamientos comerciales que se pueden usar, los cojinetes lisos y los cojinetes de elementos rodantes, sin embargo los cojinetes seleccionados fueron los últimos debido a que: -

Puede soportar cargas radiales y de empuje combinadas [28] Requieren poco lubricante, una ligera aplicación de grasa o de aceite basta para hacerlos funcionar correctamente durante largo tiempo.[29] Ocupa menos espacio axial pero mayor espacio radial que los cojinetes lisos[29] Buen arranque a baja temperatura [28] Menos sensibles a interrupciones en la lubricación [28]

Basándose en el criterio de selección mostrado en la Referencia 28, a continuación se presenta el cálculo de este. Uno de los criterios es que la vida a la fatiga debe ser por lo menos de 10 años con un turno diario de 8 horas durante los 365dias, es así que para una velocidad angular de 16Rpm se tiene que:  L %= 


Esta ecuación aplica para hallar la vida a la fatiga de rodamiento de bolas, estos se tomaron ya que son los que mejor soportan cargas radiales y son más económicos,

Realizando la conversión de las Rpm a millones de revoluciones durante su ciclo de vida se tiene: L=28.1 millones de revoluciones De las referencia 28, se tiene que la carga equivalente P es:
= MN= + O Donde: V: factor de rotación, es 1 cuando la pista interna es la que gira y 1,2 cuando es la pista externa la que gira X: un factor radial Y: un factor de empuje Fr: carga radial constante aplicada Fa: carga de empuje constante aplicada Para determinar el valor de X e Y se aplica la siguiente ecuación:  ≤     = 0,19 Q* M = 1  O = 0 N

Lo cual aplica en nuestro caso ya que Fa=1N, debido a la aclaración dada arriba, además Fr es la resultante de las reacciones verticales y horizontales (R1y y R1x) Así tenemos que:
= 1 ∗ 1 ∗ +3186 = 716RS

Reemplazando los valores de L y P además Despejando C:  = 3795,47%RS

Esta es la carga dinámica que soportará el Cojinete de bolas, más cercano a la polea, con este valor buscamos en catálogos comerciales y se obtuvo que el cojinete de bolas que se acomoda a tales requisitos es: Número de Cojinete: RSL8 SKF un detalle de Estos rodamiento además de la chumacera a usar se presenta en el anexo 3. Numero d Chumacera: 13.12 Tipo de Lubricación y Método de lubricación [29] Existen 2 opciones para lubricar un Cojinete de bolas: Aceite o grasa. Sin embargo el Autor de la Referencia [29] da la siguiente recomendación y aclaración: “debido a Razones técnicas y prácticas, por una parte, o a los notables progresos conseguidos en su fabricación y en su función de su calidad, es preferible el empleo de las grasas, máxime si el mecanismo a lubricar no es demasiado accesible” [29]. Además el fabricante de los Rodamientos y las chumaceras (SKF) indica que estos están diseñados para ser lubricados mediante grasa. [30]

A continuación se muestran los factores que se tienen en cuenta para lubricar con grasa [29]: - Un medio ambiente bastante contaminado y se requiera bastante estanqueidad - Altas o bajas temperaturas de funcionamiento - Que se requieran prolongadas frecuencias entre re lubricaciones. Los 2 primeros factores se presentan en el funcionamiento normal de la máquina. Además el tercer factor está de acuerdo con el objetivo de reducir los costos de mantenimiento. Por estas razones y por las recomendaciones dadas arriba se escogió el uso de grasas. 13.12.1Selección de la Grasa [29] Para seleccionar la grasa adecuadamente se deben tener en cuenta los siguientes factores: •

/@ , factor adimensional donde ng es la máxima velocidad del rodamiento, U para nuestro caso es 17000 rpm (Catalogo SKF). Así = 0,001 UV

• •

Magnitud de carga es especifica P/C = 0,18 Fracción de rozamiento por deslizamiento (f). está en función del tipo de rodamiento: f=1 para rodamientos de bolas, independiente de la carga y para rodamientos de rodillos cargados, preferiblemente en sentido radial. (fa/frj = 2,15 < Reemplazando estos valores en el Diagrama de Solicitación Torsional queda:

Figura 51. Diagrama torsional del eje Acondicionador.

14. Manuales 14.1

Manual de operación.

14.1.1 Descripción de la máquina. Máquina pelletizadora para la producción de pellets para pollos de engorde mediante una matriz plana de extrusión. Producción: 1 Ton/8horas-dia-operación de pellets de 4.36mm de diámetro y 8mm de longitud. 14.1.2 Tolva Es el contenedor donde debe depositarse el material a ser pelletizado el cual consiste de una premezcla de 4 %wt de humedad (agua líquida) y un 96%wt de alimento para pollos de engorde. La cantidad total de la premezcla alimentada a de ser de 85.5Kg cada 34 minutos. Composición nutricional para pollos de engorde (Estos valores son rangos recomendados. Para mayor información consulte a un especialista) Proteína (Min)........18.0% Grasa (Min)..............6.0% Fibra (Máx.).............4.0% E.L.N (Min).............55.0 % La materia prima incluye maíz y sorgo, harina de arroz, harina de soya, harina de carne y/o harina de pescado, polvillo, aceite de palma, sal, fosfato bi-cálcico, carbonato de calcio y compuesto de vitaminas y minerales. Como aditivo especial puede agregarse anticocidial. Necesario para realizar la operación. La tolva esta diseñada para almacenar la cantidad necesaria para producir pellets durante 34 minutos al final de los cuales debe ser abastecida nuevamente. El ángulo de reposo de la mezcla es inferior al ángulo de inclinación de la tolva, por lo tanto el material fluirá desde su tope hasta el alimentador. Se recomienda cerrar la tapa de la tolva para evitar escapes de vapor, además de evitar introducir objetos extraños para forzar el paso hacia el alimentador. 14.1.3 Etapa de acondicionamiento El eje de paletas permite que el material tenga un flujo uniforme desde la tolva hasta la zona de extrusión, pasando por la etapa de acondicionamiento. En esta etapa se adiciona vapor de agua. El eje de paletas obstaculiza el retroceso del vapor hacia la tolva y garantiza una absorción más homogénea de la humedad. En esta etapa se presentan las mayores temperaturas del proceso. Las válvulas de vapor deben permanecer abiertas

solo cuando la tolva posea material suficiente y deben cerrarse mientras se lleve a cabo el mantenimiento y la alimentación. 14.1.4 Etapa de extrusión La mezcla es llevada al área de extrusión mediante el transportador de paletas. Allí es comprimida por los rodillos y forzada a fluir dentro de los agujeros de la matriz donde obtienen su forma. NUNCA DEBE ABRIRSE LA CUBIERTA DEL RECINTO DE EXTRUSIÓN NI INTRODUCIR OBJETOS O EXTREMIDADES MIENTRAS LA MAQUINA ESTE OPERANDO. 14.1.5 Corte de pellets y enfriamiento Hay 2 cuchillas instaladas a la salida de la matriz con el propósito de cortar los pellets con el tamaño deseado. Los pellets podrán ser recogidos solo cuando hayan salido del ciclón y yazcan en la etapa de refrigeración donde un ventilador al final del proceso enfría los pellets. En resumen, recuerde que la maquina pelletizadora de alimento está construida con estructura de acero y cuenta con: • Sistemas de trasmisión independientes para el eje de paletas en la etapa de acondicionamiento y para la matriz plana horizontal en la etapa de extrusión. • Cuchillas de corte de acero inoxidable AISI 304 para mayor resistencia al desgaste y a la corrosión en contacto con vapor de agua y componentes nitrogenados. • Sistema de alimentación: Tolva removible. • Sistema de dos (2) interruptores para encendido y apagado de la máquina y paro de emergencia. • Motores eléctricos 1HP, transmisión de potencia por poleas y correas en V. • Sistema de lubricación con grasas compatibles para la industria de alimentos.

A continuación se muestran las partes más importantes del tablero de mando de la maquina pelletizadora.

Figura 36. Tablero de mando: ON (Encender), OFF (Apagar), VAPOR (Abrir válvulas de vapor), STOP (Paro de emergencia), PILOTO DE ENCENDIDO. 14.1.6 Transportación e instalación Para su transportación la máquina es envuelta en plástico de contacto. Las piezas susceptibles a corrosión que no son fabricadas de acero inoxidable son pintadas y protegidas con grasa. El alimentador al ir montado en la máquina es cubierto también con plástico de contacto. La máquina posee mancuernas colocadas a los lados de los componentes de la misma, por medio de las cuales puede ser levantada para su traslado o instalación. Para la transportación en camión la máquina cuenta con dos travesaños que forman parte de la estructura de la máquina, de los cuales puede ser sujetada para su traslado.

14.1.7 Recomendaciones Adicionales 1. Realizando una instalación adecuada, llevando a cabo el plan de mantenimiento y operando según los manuales, la máquina no presentará problemas de ningún tipo. El usuario deberá entender y conocer las precauciones de seguridad antes de usarla. 2. El operario deberá utilizar el equipo de seguridad sugerido. Dentro de este equipo se encuentra: cofia (gorro), lentes de seguridad, cubre boca, mandil (prenda de cuero) y guantes de látex para evitar la posible contaminación de la materia prima. Es importante resaltar que el usuario por ningún motivo debe introducir las manos en los dispositivos de corte y eje de paletas cuando estén en movimiento, esto para evitar posibles accidentes. 3. Verificar que la máquina se encuentre libre de sustancias y artículos extraños para evitar alteraciones en su funcionamiento y provocar fallas. 4. Estar seguros de que todos los sistemas y componentes se encuentren en su estado y posición óptima para comenzar a operar. 5. Los rodillos deben ser ajustados propiamente en relación con la matriz. El contacto directo de los rodillos con la matriz puede ocasionar daños en sus superficies repercutiendo en la calidad final del pellet. Las tolerancias recomendadas están comprendidas en el rango de 1 a 2 mm. 6. Se debe mantener una distribución de alimentación igual en cada rodillo, si no se puede pegar o deslizar sin compactar la materia dentro de los agujeros. 7. Se debe verificar la humedad recomendada ya que una fluctuación en la humedad de la mezcla puede variar las características de fricción y de operación de la pelletizadora.

8. La máquina debe trabajar por debajo de 40°C y sin la presencia de factores externos tales como el contacto directo de la luz solar, corrientes bruscas de aire y polvo. 9. Comprobar que el espacio donde será colocada la máquina cuente con una superficie totalmente plana, ya que de lo contrario esto afectaría la operación de la misma. Se requiere que el lugar de trabajo cuente con las dimensiones mínimas requeridas que son de 1.50 m de alto, 0.5m de ancho y 1.30m de largo. 10. Inspeccionar que se cuente con una conexión de corriente eléctrica de 110V/220V. 11. Debe asegurarse que el botón de control se encuentre en la posición de apagado antes de introducir material o de hacer labores de mantenimiento. 12. Confirmar que la tolva alimentadora cuente con suficiente materia prima para comenzar el proceso. 13. Encender el interruptor de control y esperar un tiempo a que todo el sistema se estabilice. 14. Por ningún motivo se debe apagar la máquina a la mitad del proceso, siempre se debe apagar cuando el proceso haya terminado. 15. En caso de emergencia apagar el interruptor de PARO de la máquina. 16. Una vez terminado el ciclo de trabajo de un día, se debe apagar la máquina y asegurarse de dejarla completamente limpia, de preferencia proyectar un chorro de agua desde la tolva alimentadora hasta el sistema acondicionamiento (eje de paletas) y de corte. Evitar dejar residuos de pellets ya que este se puede descomponer y producir malos olores. 17. Una vez terminado el ciclo de trabajo de un día se debe verificar el estado de la matriz el cual es un excelente indicador de problemas. Se deben determinar las causas del desgaste de la matriz y posteriormente ser corregidas. 14.2

Manual de Seguridad

14.2.1 Introducción A La Seguridad Este manual ha sido escrito para ayudarle a utilizar esta máquina pelletizadora de la mejor manera y la más segura. Léalo atentamente antes de empezar a usar la máquina pelletizadora.

El propietario es responsable de que el usuario cuente con la debida idoneidad para operar la máquina. Lea primero detenidamente las instrucciones y recomendaciones de seguridad. Siga todas las indicaciones de seguridad relativas al ensamble/desensamble, funcionamiento y operación. Únicamente así se podrá garantizar una manipulación adecuada, a fin de preservar el buen funcionamiento de la máquina. • • • • •

• •

Transporte el aparato cuidadosamente. Si el aparato se cae o se golpea puede dañarse o comprometer partes críticas. Observe los avisos pegados en las etiquetas. No despegue las etiquetas de seguridad y permita que sean visibles siempre Desconecte siempre el aparato y extraiga el conector de la red, antes de proceder a realizar cualquier tarea de mantenimiento o reparación y siempre antes de mover el aparato. No ponga el aparato en marcha si el cable de alimentación muestra signos de deterioro. Los trabajos de mantenimiento, conservación y reparación serán llevados a cabo siempre por personal técnico especializado. 14.2.2 Instrucciones generales de seguridad 14.2.2.1

Interruptores/Paros de emergencia

Cuenta con interruptor de seguridad para protección general del conjunto. 14.2.2.2

Advertencias De Seguridad

Su seguridad y la de otras personas es muy importante. Usted encontrará en este Manual, mensajes con instrucciones de seguridad que se deben respetar siempre. Lea atentamente este Manual. Estos Mensajes sobre Seguridad le advierten de riesgos potenciales de lesiones al operador o a otras personas. Todos los mensajes de seguridad vienen precedidos del símbolo y de uno de los siguientes términos: PELIGRO, ATENCION o CUIDADO. Estos mensajes de seguridad significan: Usted será GRAVE O MORTALMENTE LESIONADO si ignora estas instrucciones.

Usted puede ser GRAVE O MORTALMENTE LESIONADO si ignora estas instrucciones. Usted puede LESIONARSE si no sigue estas instrucciones. 14.2.2.3

Adhesivo

El adhesivo de advertencia está situado en el lado derecho de la estructura de la máquina.

14.2.2.4

Información de seguridad

No permita que niños utilicen la máquina pelletizadora. Mantenga lejos del área de trabajo a niños, animales y personal ajeno a la tarea. No permita nunca que alguien sin entrenamiento utilice la máquina. Asegúrese de que quien lo utilice conozca las instrucciones de seguridad y de

operación de la máquina y de que haya leído y comprendido el Manual de Operación de la máquina. Informe a todos los usuarios de las Instrucciones de seguridad y de utilización. Antes de operar con la máquina pelletizadora, familiarícese con la máquina y con las Instrucciones de Seguridad. Asegúrese de que sus prendas de vestir no se puedan enredar con las partes móviles de la máquina Sustituya los adhesivos perdidos, dañados o ilegibles. Mientras el motor esté funcionando, no ponga las manos cerca del de la matriz extrusora y del eje de paletas. Mantenga fuera del área de trabajo al personal ajeno a la tarea. No ingrese nunca objetos que afectar la integridad física de la máquina.

14.3

Manual De Mantenimiento Y Lubricación

14.3.1 Lubricación A continuación se muestran Los datos de la grasa a usar, la cantidad a suministrar y los pasos a seguir para realizar correctamente la re lubricación de un rodamiento: Tabla 1. Características específicas de la grasa a usar, cantidad a suministrar y el tiempo de reengrase. Aceite Base: Aceite Mineral viscosidad 80cSt a 40°C se recomienda la Grasa dada en el anexo. Cantidad: 5 gr de grasa, Método: mediante la pistola mostrada en la figura 3. Aproximadamente son 7 gatillazos de la pistola de grasa

• • •

•

•

Espesante: Jabón de Litio –Calcio con consistencia NLGI 2 Tiempo de Re engrase: para mayor seguridad cambiar la grasa cada 1año, mediante los pasos mostrados a continuación:

Figura 1. Rodamiento Engrasado, maquina trilladora.

Quitar el tapón de drenaje para la grasa vieja Limpiar la grasera Aplicar grasa nueva hasta que saque completamente la grasa vieja (se considera que no hay grasa vieja en el rodamiento cuando empieza a salir grasa nueva por el orificio de drenaje). Cuando se requiera un mayor grado de limpieza del rodamiento, ya sea porque funciona en un ambiente demasiado contaminado o porque la grasa se descompuso, se aplica un aceite delgado (ISO 32 o menor) por medio de una aceitera de mano (como la que se muestra en la figura 3), ya sea quitando la grasera. Este aceite lava el jabón de la grasa descompuesta y las impurezas que puedan haber en el interior del rodamiento. Se pone en funcionamiento el rodamiento; la fuerza centrífuga saca el exceso de grasa nueva que haya. Si se aplicó aceite para limpieza, se deja en funcionamiento el rodamiento hasta que salga toda la mezcla de aceite y grasa vieja; luego se detiene, se aplica la grasa nuevamente y se pone en funcionamiento para que salga el exceso. La Cantidad que queda en el rodamiento será bastante aproximación la cantidad requerida para su correcta lubricación como se muestra en la figura 2. Y se coloca el tapón de drenaje

Figura 2. Esquema en el funcionamiento de la chumacera con la grasera y el tampón de purga.

Figura 3. Pistola de engrase SKF – TLGH1, además del tipo grase y el A continuación se muestra algunos pasos que se deben seguir cuando se realice el cambio de la grasa en el rodamiento, estos por supuesto están de acuerdo y son un complemento visual de la lista dada anteriormente:

(C)

Figura 4. (a) una manera rápida y versátil de limpiar el rodamiento el quitando la grasera y con una aceitera de mano aplicar un aceite delgado (iso 32 o menor) para que evacue la grasa vieja. (b) con el tapón de purga quitado se inyecta la grasa nueva forzándola a través del rodamiento, la cual empuja a la grasa usada obligándola a salir por la purga abierta. El rodamiento debe seguir trabajando por algún tiempo sin el tapo hasta que la grasa deje de fluir, luego se coloca de nuevo. (c) Limpieza en frio cuando el rodamiento se pueda bajar de la estructura donde vaya montado. (d) después de lavar el rodamiento se debe secar con aire comprimido seco o con un trapo que desprenda hilachas. (e) papel para finado para proteger el rodamiento durante el embalaje.

14.3.2 Recambio de las piezas y Repuestos Las principales piezas recambiables son: •

Rodamientos

•

Paletas

•

Bandas 3V

•

Rodillos Extrusores

•

Matriz Extrusora

La confiabilidad de las máquinas está fundamentada en lograr que sus diferentes componentes logren la vida disponible especificada por el fabricante, para lo cual es necesario implementar programas de monitoreo objetivos y prácticos que conduzcan al análisis de las variables operacionales y por consiguiente a la solución de las causas que pueden conllevar a un desgaste acelerado ó a una falla catastrófica. Las tres técnicas básicas que permiten lograr altos índices de confiabilidad en máquinas, siempre y cuando las metodologías utilizadas para su uso y la interpretación de los resultados sean correctas, son: 1. Monitoreo de las vibraciones mecánicas 2. Monitoreo de la temperatura por termografía 3. Análisis de la condición del lubricante, contaminación y nivel de desgaste de los componentes lubricados.(elementos rotativos)

14.3.2.1 Rodamientos De acuerdo al catálogo y a las cargas presentadas sobre el rodamiento la vida a la fatiga calculada es: L=174.5 millones de revoluciones. Con una velocidad promedio de 17,5 rpm turno de 8 horas diarias durante 365 días al año se tiene que: L= 50 años de vida a la fatiga. Sin embargo, Todas la herramientas de monitoreo o de mantenimiento siempre deben estar enfocadas en garantizar la vida útil de estos rodamientos y esto se resume en garantizar la cantidad de película lubricante adecuada. Para garantizar una vida muy aproximada a la vida a la fatiga necesario realizar el reengrase de acuerdo a los parámetros dados arriba,

14.3.2.2 Paletas De acuerdo a las condiciones de trabajo a las que están sometidas las paletas, la principal solicitación es debida a las fuerzas de arrastre del material, cuya magnitud es muy inferior a las demás fuerzas presentes en el eje. Además el material usado es un acero inoxidable 304 laminado en frio cuya resistencia a la fatiga es 638 MPa. Gracias a estas 2 características, se puede garantizar con mucha certeza que las paletas que están al final del tornillo acondicionador poseen una vida útil “infinita” de 30.66E6 revoluciones y que las paletas que se encuentra al principio del tornillo, es decir las que reciben la mezcla de la tolva, van a soportar mayores cargas de acuerdo a recomendaciones dadas en el diseño. Es por esto que para tener un factor de seguridad alto se dio la vida útil de estas paletas de 15.33 E6 revoluciones. En conclusión se recomienda realizar el cambio de las paletas al inicio del eje cada 5 años y las paletas al final del eje cada 10 años. Cabe aclarar que estas condiciones de vida útil se cumplen siempre y cuando no ingresen a la cámara acondicionadora objetos extraños tales como piedras, tornillos, granos o grumos muy compactos y garantizando a la entrada un tamizaje de la mezcla. 14.3.2.3 Bandas 3V Las Bandas según el fabricante son de alta resistencia, gracias a que esta hecha de materiales compuestos. Aumentando la vida útil de estas. Un criterio para cambiar las bandas de transmisión de potencias es cuando se elongue mas de lo tolerable, lo tolerable es la posibilidad de alargar la longitud entre centros de las poleas. 14.3.2.4 Rodillos Extrusores y matriz Extrusora Uno de los principales criterios para el recambio de estas partes, es verificar la calidad del pellet a la salida. Lo que se hace es realizar una inspección visual de la geometría del pellet a la salida cuando el tiempo de vida transcurrido es de alrededor de 5 años. Si las dimensiones del pellet sobrepasan los limites tolerables (estos son dados por el propio usuario al verificar que el producto si pueda ser digerible para las aves a alimentar), se procede a realizar primero un ajuste de las cuchillas y de los rodillos si estos persisten se deben cambiar estas piezas. Bajo condiciones de funcionamiento estables es decir, los rodamientos tienen la grasa recomendada, el eje acondicionador y eje que sostiene la matriz están alineados, se realizan las siguientes actividades con el fin de realizar un mantenimiento preventivo: Existen áreas críticas en la realización del mantenimiento, y para este mecanismo se contemplaron las siguientes: • • • •

Inspección Limpieza Ajustes Lubricación

Inspección: se recomienda una inspección diaria de todo el equipo para encontrar piezas dañadas, fallas leves o imperfecciones en el equipo. La máquina debe ser monitoreada durante su operación para identificar anomalías durante el proceso y éstas sean corregidas. Durante la operación, si se identifica que no se está realizando el acondicionamiento bien o el corte de los pellets preformados no es el correcto, es señal de que se requieren hacer ajustes o reparaciones o en caso extremo recurrir a un chequeo general y detallado de la máquina. Durante la inspección si se encuentran partes rotas, éstas deben ser reemplazadas o reparadas antes de hacer que el problema se agrave y afecte a otros sistemas y sea causa de un paro. el desarrollo del tipo de mantenimiento que se tomo en cuenta para este proyecto fue principalmente el preventivo, para conservar la máquina lo más apegada posible a las condiciones y especificaciones del diseño. Limpieza: se tienen que mantener todos los componentes de los sistemas completamente limpios y libres de polvo, grasa o residuos de la mezcla, ya que éstos pueden hacer que la sincronía del sistema se desajuste o dañe, y por consiguiente generar algún daño en alguno de los elementos que forman el sistema. Es importante realizar la limpieza de la extrusora constantemente, por lo menos cada hora, ya que si no se limpia se tendrán problemas de estancamiento de jugo. En lo referente a la cuchilla, ésta se debe limpiar constantemente para evitar problemas con la operación de corte y se debe realizar un afilación de la misma por lo menos una vez al mes. Para esta maniobra simplemente se debe retirar la cuchilla de su molde de sujeción, se le saca nuevamente filo y se coloca en su lugar de trabajo. Este proceso debe ser monitoreado constantemente para que el fruto sea procesado satisfactoriamente. Se recomienda realizar una limpieza detallada del mecanismo cada 8 horas. Ajustes: es indispensable analizar todos los tornillos de la estructura que pudieran llegar a aflojarse debido a las vibraciones, de ser necesario realizar un apriete severo. Lubricación: una de las partes más importantes del mantenimiento es la lubricación, que se lleva a cabo en los puntos y partes que se encuentran en constante fricción, dentro de los componentes a lubricar se encuentran los rodamientos y los vástagos de pistones. Es necesario remover el exceso de lubricante con una estopa, para evitar la contaminación del jugo o goteo. Para el caso de los rodamientos, estos deben ser suministrados de grasa recomendada por el fabricante, además de tener un chequeo semanal para tener en óptimas condiciones la máquina. Para los vástagos de los pistones se requerirá un aceite de baja viscosidad, únicamente para evitar fricción. Se debe mantener monitoreada la unidad de mantenimiento del equipo neumático, ya que ésta, siempre se debe encontrar limpia y en magnificas condiciones, para evitar que el aire entre con basura, obstruya las mangueras y finalmente el equipo no funcione.

Cabe mencionar, que después de los trabajos de limpieza realizados a la máquina entera, ésta debe quedar completamente seca para evitar oxidación de los materiales que no son de grado alimenticio, por esta razón, que dichas partes deben estar siempre cubiertas con una capa de pintura que los proteja, y es recomendable que con un lapso de cada 3 meses se realicen trabajos de pintura y en su caso agregar un nuevo recubrimiento. Tabla 2. Listado de Actividades de mantenimiento preventivo programado

Las pruebas ASTM son: Viscosidad cSt/40ºC ASTM D445 Viscosidad cSt/100ºC ASTM D445 TAN mgr KOH/gr. Ac. Usado ASTM D664 %volumen de Agua, ASTM D95 Contaminación por partículas Solidas ISO 4406

14.4 Especificaciones para manufactura y costos de manufactura o compra [14]:

14.5

FMEA (Failure Mode And Effect Analysis)

14.5.1 Conclusiones Del análisis modal de fallas y efectos se tiene que los componentes eje de paletas y matriz tienen un numero de prioridad de riesgo en un rango que implica que su fallas puede ser más riesgosa y perjudicial, por lo cual se debe llevar consigo un análisis pormenorizado para asegurarse de que este impacto no llegue al cliente o usuario, conllevando a establecer acciones de mejora para reducirlos e implementar una mejora en los sistemas de control existentes. Por otro lado, se tiene que el número de prioridad de riesgo de la tolva se encuentra en un punto razonable para aplicaciones típicas y, los rodillos y sellos se encuentran en un punto susceptible a una falla por lo tanto se debe reducir esta ocurrencia implementando métodos preventivos que puedan repercutir en cambios en el producto/servicio o bien en el proceso de producción o prestación. Tener en cuenta que el analisis modal de fallas y efectos se debe realizar periódicamente para evaluar el cambio en los índices de Severidad, ocurrencia y detección y recalculando los números de prioridad de riesgos (NPR), para determinar la eficacia de las acciones de mejora.

15. Anexos 15.1 Anexo 1: Encuesta realizada para aclarar las especificaciones del cliente y Encuesta al Cliente. 1. 2. 3. 4.

Tamaño del pellet longitud y diámetro: definida por el diseñador. % y naturaleza de los aditivos para la reactividad: Compactación y densidad del pellet para que sea digerible: Sugerencias de temperaturas requeridas en la etapa de alimentación, acondicionamiento y de salida (enfriamiento, calentamiento con vapor o resistencia o por hogar): 5. Sugerencias de humedad requerida en cada una de las anteriores etapas (agregarle quitarle): 6. Caudales de producción máximos estimados y mínimos requeridos en ton/día: 7. Fuentes de energía: 8. Materiales involucrados en la producción (granulometría de materia prima etc.): 9. Dimensiones generales de la maquina y disponibilidad de espacio: 10. Ambiente de trabajo, lugar y condiciones ambientales: 11. Aspectos de salubridad y control (olores, desechos y contaminantes): 12. Facilidad y costos en el mantenimiento, especificación del manual: 13. Medidas de seguridad convenientes (animales, niños, operario, curiosos paros de emergencia, bloqueos): 14. Almacenamiento y disposición de materia prima (ubicación, lejanía, transporte, manipulación, ergonomía): 15. Alimentación de la materia prima (tolva, manual, sin fin, bandas, etc.): 16. Necesidad de mitigar ruido y vibraciones: 17. Estética de la maquina: 18. Presupuesto construcción (inversión) y costos de mantenimiento y operacionales: 19. Inspección visual del producto y motivos (formitas, colores, atractivos) 20. Transporte de la maquina y movilidad: 21. Recurso hídrico y posibilidad de generar vapor: 22. Complejidad y robustez de la maquina (desensamble, sellos ductos, codos, canaletas, tomas de energía): 23. Reducción de etapas y simplificación:

Encuesta al Cliente Objetivo General: Establecer la importancia relativa de las necesidades Cuantificar el nivel de importancia de las necesidades del cliente y reflejarlo en el diseño. Para cada una de las siguientes funciones indique en una escala de 1 a 3 que tan importante es esa función para usted por favor utilice la siguiente escala: 1. La función es indeseable o la necesidad es baja o nula, me disgustaría considerar un producto así. 2. La función no es importante o la necesidad no es prioridad , pero no me disgustaría tenerla 3. La función es crítica o la necesidad es alta o indispensable, no me gustaría considerar un producto sin esta función Preguntas: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

En el acondicionamiento se le adiciona melaza a la mezcla 2 Necesidad de Bajo costo de compra 3 Necesidad de Bajo costo en repuesto 3 Necesidad de Bajo costo de insumos para la maquina (lubricantes) 2 Alto Tiempo de vida de las partes 2 Necesidad que el diseño sea innovador 2 Diseño auto regulador a la entrada dosificado 2 La máquina tiene bajos ruidos (nivel de decibeles aptos) en funcionamiento 2 El diseño requiere un premezclado manual 2 Tiempo de retención o acondicionamiento puede ser controlada Posibilidad de variar las dimensiones del pellet 2 Posibilidad de procesar pellet para pollos de diferentes edades 2 Numero de operario 1 y no es indispensable Caudal puede ser controlado 2 Facilidad de desensamble 2 Posibilidad de controlar la humedad final del pellet durante el proceso. 2 Filtros físicos en la entrada 3 Filtro magnético a la entrada 2 Evitar la intromisión de manos en el corte durante el peletizado3 Señalización en la maquina 3 Posibilidad de diseño compacto 2 Disposición y dirección del proceso 2

15.2

Anexo 2: Composición detallada del Pellet

Tabla A2-1. Recomendación para la composición y porción para pollos de engorde según su edad – [23]

Tabla 5. Cantidad de vitaminas necesarias para garantizar el crecimiento y rendimiento esperado según Cobb 500 – [23]

15.3

Anexo 3: Detalle de los cojinetes a usar

Cojinete de Bolas Seleccionado – (Fuente: SKF, Online)

Chumacera a usar en el montaje de los Cojinetes de bolas (Fuentes: SKF, Online)

Anexo 13.4. Selección del transportador de paletas [13] Tabña 1 Clasificación del material [13]

Tabla 2 Caracteristicas de materiales [13] Material Semilla de alfalfa Mezcla de cemento Carbón antracita tamaño -1/2" Maiz molido Carfé con cascara Harina de percado Cubos de hielo Harina de Malta Granos de avena Arroz (medio molido) Sal seca y gruesa Arena seca Trigo Harina de trigo

Peso (Lbs/ft3)

Codigo del Cojinete Número de material intermedio componentes

Factor de material

Carga en la carcaza

10,-15 133

B6-15N B6-35Q

L-S-B H

1 3

0,4 3,0

45% 30%A

49-61

C1/2-25

L-S

2

1,0

45%

40-45 20 35-40 33-35 36-40 26

B6-35P B6-25MY C1/2-45HP D3-35Q B6-25P C1/2-25MN

L-S-B L-S L-S-B L-S-B L-S-B

1 1 1 1 1 1

0,5 1,0 1,0 0,4 0,4 0,4

30%A 45% 30%A 30%A 45% 45%

42-45

B6-35P

L-S-B

1

0,4

30%A

45-60 110-130 45-48 33-40

C1/2-36TU B6-47 C1/2-25N A40-45LP

H H L-S-B S

3 3 1 1

1,0 2,8 0,3 1,0

30%A 15% 45% 30%A

Tabla 3 Capacidad de transportación [13]

Tabla 4 Factor Fd [13]

Tabla 5 Factor Fb [13]

Tabla 6 Factor Ff [13]

Tabla 7 Factor Fp [13]

Tabla 8 Factor Fo [13]

Tabla 9 Factor de eficiencia [13]

Tabla 10 Especificaciones del eje [13]

Tabla 11. Parametros de diseño para el eje de paletas

16. Bibliografía 1. Tabil, Jr, L. G. “Binding and pelleting characteristics of alfalfa” Universidad de Saskatchewan, Saskatoon, 1996. 2. Rodríguez Román, J. C., “Diseño de una maquina peletizadora para laboratorio” Escuela Superior Politécnica del Litoral, Guayaquil, 2003. 3. Phal, G, Beitz, W., “Engineering Design: A systematic approach”, Springer, 3 ed., Berlin 2007 4. Rodriguez, S., “Alimento balanceado en semigrano para aves” disponible en: http://www.engormix.com/alimento_balanceado_semigrano_aves_s_articulos _2767_AVG.htm, Citado: 22 de abril de 2010. 5. Baker, D.H. 1994. Ideal Protein For Swine and Poultry. Biokowa Technical Review No.4. Biokyowa, Inc., Chasterfield, Mo., U.S.A. PP 16. 6. Rodriguez, S. et al, “Reologia de supensiones preparadas con harina precocida de yuca” Ingenieria y desarrollo, 19, (2006), pp 17-30 7. Simmons, C. “Manual of engineering drawing”, 2 ed., Elsevier, (2004) 8. Obidzinski, S. “Influence of selected structure parameters of a pellet mill on the quality of the final product”, (2007), Vol. 57, No. 2(A), pp. 121-124. 9. Chin, C. “Wooden Fuel Pellets” Lulea University of Technology, (2009), 83. 10. Thomas, M. et al “Physical quality of pelleted animal feed: 3. Contribution of feedstuff components” Animal Feed Science Technology 70 (1998) 59-78 11. Thomas, M. “Physical quality of pelleted animal feed 1. Criteria for pellet quality”, Animal Feed Science Technology 6 1 ( 19%) 89- 1 I2. 12. Thomas, M. “Physical quality of pelleted animal feed: 2. contribution of processes and its conditions” Animal Feed Science Technology 64 (1997) 173-192 13. Manual de Martin, : http://www.martinsprocket.com/SecH_TOC.htm, [citado 21 de Abril de 2010] 14. Arenas J. A. Diseño de una peletizadora para concentrado de animales. 1995 Tesis de Pregrado Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellin 15. web corporativa, Agrobueyca, S.A. disponible en: http://www.alimentosagrobueyca.com/alimentos-animalespremium/pollos/alimentos-para-cria-pollos.html#pollo_engorde [citado el 10 de Abril] 16. Lic. Simón Rodríguez. Gerente de Planta ABA Industria Agro santana. Maracaibo, Venezuela. www.engormix.com [Citado el 10 de abril] 17. Rodríguez Diego, Médico veterinario. “El Pellet” [Citado: 20 abril] 18. Bishop, William W, pet food pellets and process of making some [citado el 10 de abril], 19. Keith C. Behnke, Processing Factors influencing pellet quality, FeedTech 2001 Vol 5 Nr 4 20. Schoeff, R.W. 1994. History of the Formula Feed Industry. In: R.R. McEllhiney, Ed. Feed Manufacturing Technology IV. American Feed Industry Association. Arlington, Virginia: 7.

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44. Cuadernillo de actualización técnica: Ángulos de reposo, consultado el 3 de Junio de 2010, disponible en: http://www.acopiadorescba.com/upload/programas/1132577545p.pdf 45. Pellet quality, consultado el 3 de junio de 2010, disponible en http://www.feedmachinery.com/articles/feed_technology/the-art-science-ofpelleting2/ 46. Pelleting into the 21st century, consultado el 10 de junio de 2010 en http://www.bliss-industries.com/pdfs/080905articles/pellet_21_century.pdf 47. Cotización con la empresa de pelletizadoras laizhou machinery group co.,ltd. 48. Pellets press components – Edward Perez – The Agricultural University of Norway consultado el 12 de junio de 2010 en: http://www.mataminc.com/pdfs/How%20Pellets%20are%20Made.pdf