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PLANTA DE 80 KG/H DE CAUCHO NATRU
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PROYECTO DE MAQUINAS MC 546 A PROCESO DE PRODUCCION 80KG/H DE CAUCHO LAMINADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 1
CONTENIDO
1 INTRODUCCION ................................................................................................................ 4
1.1 HISTORIA DEL USO DEL LATEX .......................................................................... 5
1.1.1 PRIMEROS USOS Y EVOLUCION................................................................. 5
1.1.2 LA PRODUCCIN DE LTEX EN LOS TRES LTIMOS SIGLOS ......... 6
1.2 OBJETIVO PRINCIPAL ............................................................................................ 8
1.3 OBJETIVOS SECUNDARIOS ................................................................................. 8
1.4 ALCANCES ................................................................................................................. 8
2 MARCO TEORICO ............................................................................................................ 9
2.1 LATEX NATURAL: .................................................................................................... 9
2.2 CAUCHO NATURAL ............................................................................................... 11
2.3 PROCESOS PARA LA OBTENCION DEL CAUCHO NATURAL .................. 14
2.3.1 SANGRIA U OBTENCION DEL LATEX ...................................................... 14
2.3.2 RECOLECCION DEL LATEX ........................................................................ 16
2.3.3 FILTRACION Y HOMOGENIZACION .......................................................... 17
2.3.4 DILUCION.......................................................................................................... 18
2.3.5 SEDIMENTACION ........................................................................................... 18
2.3.6 COAGULACION ............................................................................................... 18
2.3.7 LAMINACION ................................................................................................... 19
3 UBICACIN DE LA PLANTA DE PRODUCCION DE CAUCHO NATURAL ....... 20
3.1 DISTRITO DE CHAZUTA ....................................................................................... 20
3.1.1 GEOGRAFIA: ................................................................................................... 21
3.1.2 INICIO DE PROYECTO DE EXPLOTACIN DE CAUCHO .................... 21
3.1.3 GRANDES SALTOS DE CHAZUTA ............................................................. 22
4 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA ........................................................................... 23
4.1 NECESIDAD ............................................................................................................. 23
4.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 23
5 DESARROLLO DEL PROBLEMA ................................................................................ 27
5.1 METODO GENERALIZADO .................................................................................. 27
5.1.1 ABSTACCION: ................................................................................................. 27
5.1.2 ESTRUCTURA DE FUNCIONES .................................................................. 30
5.1.3 MATRIZ MORFOLOGICA .............................................................................. 30
5.1.4 MATRIZ DE CRITERIOS DE EVALUACION .............................................. 31
PROYECTO DE MAQUINAS MC 546 A PROCESO DE PRODUCCION 80KG/H DE CAUCHO LAMINADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2
5.1.5 MATRIZ DE CONCISTENCIA ........................................................................ 32
5.2 DISEO DEL TANQUE AGITADOR ................................................................. 33
5.3 DISEO DE LA LAMINADORA ............................................................................ 36
5.3.1 CARACTERISTICAS DE LA MAQUINA A DISEAR .............................. 36
5.3.2 CLCULO Y DISEO DEL EQUIPO ........................................................... 39
5.4 CANTIDAD DE HECTAREAS PARA PRODUCIR 80KG/H DE CAUCHO
NATURAL ............................................................................................................................. 70
6 ESTRUCTURA DE COSTOS ......................................................................................... 71
6.1 INGRESOS POR LA VENTA DEL CAUCHO NATURAL ................................. 71
6.2 COSTOS DE EQUIPOS Y DE LAS MATERIAS PRIMAS ................................ 71
6.3 COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS ................................................................. 72
6.4 ANALISIS DE LOS ECONOMICA DEL PROYECTO ........................................ 73
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................. 76
8 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 77
TABLA DE CUADROS
CUADRO 2-1: VARIACIN DE LOS DIVERSOS CONSTITUYENTES DEL LTEX ........................... 10
CUADRO 2-2: COMPOSICIN TPICA DEL CAUCHO NATURAL .................................................... 12
CUADRO 4-1: RECOMENDACIONES PARA MEJORAR EL PROCESO DE
PRODUCCIN DE CAUCHO ................................................................................................ 25
CUADRO 5-1: MATRIZ MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS DE OBTENCION DEL CAUCHO .......... 31
CUADRO 5-2: MATRIZ DE CRITERIOS DE EVALUACION.............................................................. 32
CUADRO 5-3: MATRIZ DE CONSISTENCIA .................................................................................. 32
CUADRO 5-4: CARGA DE ROTURA MEDIA PARA CILINDROS DE DIFERENTES MATERIALES ..... 59
CUADRO 6-1: INGRESOS DEBIDO A LA PRODUCCION DEL CAUCHO NATURAL ......................... 71
CUADRO 6-2: COSTOS DE LOS EQUIPOS SECUNDARIOS .......................................................... 71
CUADRO 6-3: PRECIO DE LAS MATERIAS PRIMAS ..................................................................... 72
CUADRO 6-4: DESCRIPCION DETALLADA DE LOS COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS ............. 72
CUADRO 6-5: DESCRIPCION DETALLADA DE LOS COSTOS DE MANUFACTURA Y GASTOS
GENERALES ................................................................................................................................. 72
CUADRO 6-6: RESUMEN DE LOS ITEMS NECESERIOS PARA EL ANALISIS ECONOMICO ........... 73
CUADRO 6-7: CUADRO DE RESULTADO DEL TIR Y VAN ............................................................. 75
TABLA DE FIGURAS
FIGURA 2-1: OBTENCION DEL LATEX NATURAL ......................................................................... 11
FIGURA 2-2: PRODUCTOS DERIVADOS DEL CAUCHO NATURAL ................................................ 13
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FIGURA 2-3: DIAGRAMA DE FLUJO DEP PROCESO INDUSTRIAL DE OBTENCION DEL CAUCHO
NATURAL ..................................................................................................................................... 14
FIGURA 2-4: AGRICULTOR REALIZANDO UNA SANGRIA AL ARBOL DE PRODUCCION DE
CAUCHO....................................................................................................................................... 15
FIGURA 2-5: AGRICULTOR REALIZANDO LA RECOLECCION DE CAUCHO EN UN RECIPIENTE
ESPECIAL ..................................................................................................................................... 16
FIGURA 2-6: ESPECIALISTA REALIZANDO LA FILTRACION Y EL COLADO DEL LATEX ................ 17
FIGURA 2-7: LAMINADORA ARTESANAL (REFERENCIA) ............................................................. 19
FIGURA 3-1: MAPA POLTICO DEL DEPARTAMENTO DE SAN MARTIN ........................................ 20
FIGURA 3-2: POBLADORES DE CHAZUTA REALIZANDO EL PROCESO DE SANGRADO .............. 21
FIGURA 4-1: DIAGRAMA BSICA DEL PROCESO DE PRODUCCIN DEL CAUCHO NATURAL ..... 24
FIGURA 5-1: CAJA NEGRA DESDE EL SANGRADO HASTA ANTES DEL PROCESO DE LAMINACION
..................................................................................................................................................... 28
FIGURA 5-2: CAJA NEGRA DEL PROCESO DE LAMINACION ....................................................... 28
FIGURA 5-3: SISTEMA TOTAL (CAJA TRANSPARENTE) ................................................................ 29
FIGURA 5-4: PANTALLAZO DEL SOFTWARE USADO EN EL DISEO ............................................. 34
FIGURA 5-5: VISTA ISOMETRICO DEL TANQUE CON LA TURBINA PLANA AGITADOR ................ 35
FIGURA 5-6: ESQUEMA ESPACIAL DE LAS FUERZAS ACTUANTES EN EL RODILLO ESPACIAL .. 61
FIGURA 5-7: DIAGRAMA DEL MOMENTO FLECTOR EN EL PLANO XY ......................................... 63
FIGURA 5-8: DIAGRAMA DEL MOMENTO FLECTOR EN EL PLANO YZ ......................................... 63
FIGURA 5-9: DIAGRAMA DEL MOMENTO TORSOR...................................................................... 64
FIGURA 5-10: ESQUEMA ESPACIAL DE LAS FUERZAS ACTUANTES EN EL RODILLO ................. 64
FIGURA 5-11: DIAGRAMA DEL MOMENTO FLECTOR EN EL PLANO XY ....................................... 65
FIGURA 5-12: DIAGRAMA DEL MOMENTO FLECTOR EN EL PLANO XZ ....................................... 65
FIGURA 5-13: DIAGRAMA DEL MOMENTO TORSOR .................................................................... 66
ANEXO A
ANEXO B
PROYECTO DE MAQUINAS MC 546 A PROCESO DE PRODUCCION 80KG/H DE CAUCHO LAMINADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 4
1 INTRODUCCION
Hoy en da el caucho natural es un producto muy utilizado en casi todas las industrias,
desde la industria de transporte terrestre, areo y acutico tambin se usa en
ensamblaje, filtros, retenes, guantes, etc.
En el presente proyecto vamos a mostrar detalladamente todos los proceso que se
usan en la produccin del caucho a partir del ltex extrado de los rboles para luego
pasar por los procesos de filtracin, sedimentacin coagulacin y por ultimo
laminacin, tambin vamos a poder apreciar tcnicas alternativos de obtencin del
ltex para poder conseguir una mejor sangra para no daar la plantacin.
El proyecto realizado va tener como objetivo principal la produccin de 80 kg/h de
caucho natural, para lo cual se va disear los equipos utilizados en los procesos
(laminadora, un motor con paletas que sirva como mezcladora despus de echar el
cido actico para tener una coagulacin homognea y exitosa.
Al trmino del presente proyecto el lector va poder entender como es el proceso de
produccin del caucho natural, y podr disear los equipos que mencionamos para
poder montar una pequea planta de produccin de caucho con las especificaciones
que encontraran en la monografa.
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1.1 HISTORIA DEL USO DEL LATEX
1.1.1 PRIMEROS USOS Y EVOLUCION
A finales de la dcada de los 80, un grupo de arquelogos que se hallaban trabajando
en la cuenca del ro Coatzacoalcos (Mxico) descubrieron unas doce pelotas de hule
que se encontraban en perfecto estado de conservacin, lo que les hizo pensar en una
posible utilizacin del proceso de vulcanizacin por parte de los olmecas (antiguo
pueblo precolombino que se desarroll desde el 1500 a. C.hasta el 200 a. C.) y que se
asent en los actuales territorios de los estados de Veracruz y Tabasco), a quienes se
le atribuan los objetos encontrados. Estas pelotas fueron motivo de estudio durante
varios aos, llegndose a la conclusin de que los olmecas haban combinado el ltex
producido por la especie arbrea Castilla elastica con el de la enredadera Ipomoea
alba, que contiene azufre. Como resultado de esta mezcla, se desencadenaba el
entrelazamiento de los tomos de azufre con las cadenas polimricas de isoprenos del
hule (vulcanizacin), transformndose el ltex en una sustancia mucho ms resistente
y dura. Adems de emplear el ltex como material para la construccin de pelotas,
los olmecas lo utilizaban en estado lquido en sus ceremonias rituales, como as
tambin para impermeabilizar tejidos y otros objetos. Como consecuencia de esto, se
puede concluir que este pueblo mesoamericano fue el pionero en el desarrollo de la
vulcanizacin y en el empleo del ltex con fines religiosos y sociales.
Tras el descubrimiento del rbol del caucho en 1736 por el botnico francs Charles
Marie de La Condamine (1701 - 1775), quien us el ltex producido por esta especie
para revestir su equipaje al quedar asombrado por sus propiedades elsticas e
impermeables, y el hallazgo en el siglo XIX por parte de los espaoles de que el ltex
estaba compuesto por cadenas de hidrocarburos,25 se facilit la investigacin de este
material y sus derivados. En enero de 1839, el americano Charles Goodyear (1800 -
1860) verti de forma accidental en una estufa la mezcla de ltex y azufre que portaba
en un recipiente. Lo que en un principio pudo parecer un infortunio, pronto se convirti
en un gran descubrimiento para Goodyear, puesto que minutos ms tarde cuando la
mezcla se enfri, pudo comprobar como sta se haba vuelto slida sin desaparecer
su propiedad elstica.
Durante el transcurso de la Primera Guerra Mundial, Alemania sufri un intenso
bloqueo comercial que le impidi importar ltex del continente americano y del
asitico, necesario para la obtencin de caucho. Como este material era
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imprescindible para la fabricacin de armamento militar (desde acorazados a
aeronaves), los ingenieros y qumicos alemanes centraron sus esfuerzos en producir
un ltex sinttico a partir de derivados del petrleo y lo consiguieron. A partir de este
momento, el ltex natural comenzara a ser sustituido paulatinamente por el ltex
sinttico como materia prima principal para la obtencin del caucho. Sin embargo,
cuando el precio del petrleo aumentaba muchos pases recurran a la importacin de
ltex natural para la fabricacin de diversos productos.
1.1.2 LA PRODUCCIN DE LTEX EN LOS TRES LTIMOS SIGLOS
Durante todo el siglo XIX y comienzos del siglo XX, Brasil era el que contaba con una
mayor produccin de ltex de hevea (Hevea brasiliensis) en el mundo. Como
consecuencia de la comercializacin de este recurso natural, sobrevino el
fortalecimiento de la economa de algunas localidades y ciudades brasileas, as como
el asentamiento en ellas de una burguesa orientada al comercio del ltex y del
caucho. Especialmente notable fue el crecimiento de Manaus, una ciudad enclavada
en el corazn de la Amazona brasilea que no detuvo su desarrollo hasta el
decaimiento del comercio del ltex, propiciado por la aparicin de alternativas
sintticas y el cultivo del Hevea brasiliensis en el continente asitico.
En el ao 1876, el marino ingls Clements Markham y el director de los Reales
Jardines Botnicos de Kew Joseph Hooker, decidieron encargar a su compatriota
Henry Alexander Wickham (considerado el padre de la biopiratera) el envo de un
cargamento de semillasde Hevea brasiliensis a Gran Bretaa, a pesar de estar penado
por la ley la salida de las mismas fuera del pas. Para lograr su objetivo, Wickham
solicit la colaboracin de los indgenas para la seleccin de las semillas, corrompi a
las autoridades locales ocultando su verdadera identidad y obtuvo la colaboracin del
capitn del barco Amazonas para trasladar las semillas hasta donde haban sido
solicitadas. Una vez en su destino y despus de haber sido aclimatadas, dos mil de las
setenta mil semillas enviadas germinaron en los jardines de Kew. Poco tiempo ms
tarde, algunas de estas se enviaron a Ceiln (actual Sri Lanka) y otros territorios
tropicales asiticos para que fueran cultivadas, consiguiendo de este modo el
establecimiento de plantaciones de Hevea brasiliensis en Asia.
En la actualidad, los pases que registran una mayor produccin de ltex se
encuentran localizados en el Sureste Asitico (Indonesia, Malasia, Tailandia, Vietnam,
Birmania y Filipinas, fundamentalmente), pues a partir de la Primera Guerra Mundial,
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Brasil y los dems pases situados en la ribera amaznica vieron profundamente
mermada su produccin de ltex y, con ello, su economa.
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1.2 OBJETIVO PRINCIPAL
El objetivo principal de este trabajo de investigacin es poder disear un
sistema de recoleccin de 80kg/h de ltex para la fabricacin del caucho
natural desde el proceso de recoleccin hasta el proceso de laminado.
1.3 OBJETIVOS SECUNDARIOS
Implementacin de buenas prcticas en sangra y beneficios del ltex
Implementar nuevos mtodos de extraccin del ltex.
Determinar si la aplicacin de un plan de manejo y establecimiento, para una
plantacin de caucho mejorara los resultados en cuanto a productividad.
Presentar el cultivo de caucho como alternativa al desempleo en la regin.
Producir caucho natural para cubrir las demandas de esta materia prima por
parte de la industria nacional (80kg/h).
Lograr eficiencia productiva en el aprovechamiento y el beneficio de la
plantacin por medio del ptimo manejo de parte de los agricultores y tcnicos
especialistas.
Disear los procesos de fabricacin de caucho desde el sangrado del rbol
pasando los procesos de recoleccin, filtracin, homogenizacin, dilucin,
sedimentacin, coagulacin hasta laminacin.
1.4 ALCANCES
En el presente proyecto vamos a mostrar detalladamente todos los proceso que se
usan en la produccin del caucho a partir del ltex extrado de los rboles para luego
pasar por los procesos de filtracin, sedimentacin coagulacin y por ultimo
laminacin, tambin vamos a poder apreciar tcnicas alternativos de obtencin del
ltex para poder conseguir una mejor sangra para no daar la plantacin.
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2 MARCO TEORICO
2.1 LATEX NATURAL:
El ltex natural es una suspensin acuosa coloidal compuesta de grasas, ceras y
diversas resinas gomosas obtenida a partir del citoplasma de las clulas laticferas
presentes en algunas plantas angiospermas y hongos. Es frecuentemente blanco,
aunque tambin puede presentar tonos anaranjados, rojizos o amarillentos
dependiendo de la especie, y de apariencia lechosa.
El ltex es el material ms elstico conocido. En ningn caso se debe confundir al
ltex con otras sustancias como pueden ser el caucho, la resina o las gomas
vegetales, ya que el hecho de que tengan composiciones qumicas, apariencia y
funciones similares no quiere decir que se trate del mismo compuesto. El caucho o
hule (hidrocarburo con frmula C5H8) es una sustancia natural (aunque existe una
variedad sinttica obtenida a partir de hidrocarburos insaturados) caracterizada por su
insolubilidad en agua, su resistencia elctrica y su elasticidad, que se encuentra en
forma de suspensin coloidal en el ltex. Debido a sus mltiples aplicaciones
comerciales (los neumticos, la ropa impermeable y ciertos productos adhesivos estn
constituidos por esta sustancia), el ltex es extrado de las plantas productoras con el
objetivo de obtener las partculas de caucho que se encuentran dispersas en l. Las
resinas naturales engloban a un grupo de sustancias con composiciones qumicas
diferentes, aunque generalmente todas ellas presentan carbono, hidrgeno y oxgeno.
stas manan de las heridas de las plantas productoras, evitando la entrada de
organismos patgenos en el vegetal y la prdida excesiva de savia. Finalmente, las
gomas vegetales son una sustancia gelatinosa que es exudada por algunas especies
vegetales, que se encuentra compuesta por cidos orgnicos complejos y sales
variadas (por ejemplo, la goma arbiga est formada por sales clcicas, potsicas y
magnsicas de arabina). Incoloras e inodoras, las gomas tienen una textura semejante
a la cola cuando se mojan o humedecen (son muy solubles en agua, a diferencia del
ltex).
El ltex de ciertas plantas resulta txico y venenoso, como el del cardn (Euphorbia
canariensis), que es utilizado para cazar peces, o el de Calotropis gigantea, que los
nativos del sur de Asia usan para envenenar las puntas de sus flechas. En otras
ocasiones es dulce y comestible, como el producido por el rbol de la leche, o
sumamente acre e irritante, como sucede en el caso de la higuera (Ficus carica).
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La mayor parte del ltex de empleo comercial se extrae de la siringa (Hevea
brasiliensis) y es dedicado a la obtencin de caucho. Sin embargo, tambin existen
otros productos derivados del ltex natural como la gutapercha (material amarillo o
pardo producido a partir del ltex de Palaquium oblongifolia), la balata (material duro
muy similar al caucho que se obtiene principalmente del ltex de Manilkara bidentata)
y el chicle (sustancia de color rosceo o pardo extrada del ltex de Manilkara zapota)
que tienen gran importancia comercial.
En la CUADRO 2-1, se indica el rango de composicin de los principales
constituyentes del ltex natural fresco
CUADRO 2-1: VARIACIN DE LOS DIVERSOS CONSTITUYENTES DEL LTEX
CONSTITUYENTES COMPOSICION (%)
Hidrocarburo de Caucho (1, 4 cis poliisopropeno) 30 40
Agua 55 70
Protena 1,5 3
Resinas 1,5 2
Azucares 1 2
Cenizas 0,5 1
Desde el punto de vista tcnico, lo esencial no consiste en conocer de forma detallada
todas las sustancias no caucho, sino la influencia de la composicin sobre las
propiedades de caucho y de los ltex utilizados en la industria.
La densidad da una medida aproximada de la cantidad de hidrocarburos caucho
presente en el ltex. Su peso especfico es la resultante de los pesos especficos del
suero y de las partculas de caucho en suspensin y est comprendida entre 0.973 y
0.979.
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FIGURA 2-1: OBTENCION DEL LATEX NATURAL
2.2 CAUCHO NATURAL
El caucho natural es el producto de la coagulacin del ltex, por lo tanto, su
composicin depende de la del ltex, y de los tratamientos que sufre para ser
transformado en caucho.
El caucho bruto no es un polmero bien definido, sino que se encuentra constituido por
una serie de polmeros homlogos. Se sabe que la formula bruta del hidrocarburo del
caucho es (C5H8)n, que representa un hidrocarburo polietilenito y por tanto se pueden
efectuar reacciones de adicin, sustitucin, escisin, isomerizacin, ciclizacin y
polimerizacin de los derivados etilnicos.
No hay un mtodo directo y sencillo que permita determinar la cantidad de
hidrocarburo caucho. Cuando se analiza un caucho se limita a la determinacin del
contenido de humedad, extracto acetnico, prtidos y cenizas, mientras el
hidrocarburo se obtiene por diferencia. El rango de la composicin de los
constituyentes del caucho se aprecia en el CUADRO 2-2.
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CUADRO 2-2: COMPOSICIN TPICA DEL CAUCHO NATURAL
CONSTITUYENTES PROMEDIO (%) RANGO (%)
Humedad 0.5 0.3 - 1.0
Extracto Acetnico 2.5 1.5 - 4.5
Protenas 2.5 2.0 - 3.0
Cenizas 0.3 0.2 - 0.5
Hidrocarburo de Caucho 94.2
La influencia que tiene cada uno de los constituyentes no caucho sobre las
propiedades del caucho son:
Humedad: puede tener influencia sobre las propiedades mecnicas del caucho
y favorece el desarrollo de ciertos microorganismos. Un secado insuficiente, un
tratamiento de ahumado (el humo contiene sustancias higroscpicas) o un
almacenamiento en lugares hmedos, conlleva a un aumento de la humedad.
Extracto acetnico: principalmente por lpidos, especialmente cidos grasos,
adems de glucsidos de esteroles. Los cidos grasos y los antioxidantes son
los que tienen mayor influencia sobre las propiedades del caucho. La cantidad
de cidos grasos es importante por su efecto sobre la vulcanizacin. Se cree
que los esteroles y esteres contienen el antioxidante eficaz para la
conservacin del caucho crudo contra la oxidacin, ablandamiento y/o
segregacin de resina (resinacin) durante el almacenamiento.
Prtidos: Tienen una relacin directa con la adsorcin de agua e influyen en la
velocidad de vulcanizacin. Su proporcin y naturaleza vara tanto por los
factores biolgicos como por la variacin de los mtodos de preparacin del
caucho.
Cenizas: Son los constituyentes minerales presentes en el caucho. Al preparar
el caucho, en las etapas de dilucin, coagulacin y lavado se rebaja la
proporcin de cenizas hasta un 16% de su total.
Las propiedades fsicas del caucho natural pueden variar ligeramente debido a la
presencia del constituyente no caucho y al grado de cristalinidad (Anexo B). Su peso
especfico es de 0.92 a temperatura ambiente, y cambia a 0.95 cuando ocurre una
cristalizacin.
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El caucho es un material elstico, es decir, tiene la capacidad de soportar grandes
deformaciones y de volver a su forma inicial. Cuando el caucho es estirado, sufre una
ligera disminucin de volumen que lleva consigo un aumento de densidad. El caucho
estirado es un medio anistropo, las propiedades varan en todas direcciones.
FIGURA 2-2: PRODUCTOS DERIVADOS DEL CAUCHO NATURAL
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2.3 PROCESOS PARA LA OBTENCION DEL CAUCHO NATURAL
Como podemos para obtener caucho natural no es un proceso fcil de lo contrario es
un proceso muy elaborado ya que se requiere de personas de alto conocimiento en
esta rea y que pueda cumplir con todos los deberes que se les da, el proceso de
obtencin del caucho parte desde la sangra del rbol de caucho el cual nos da ltex
natural para luego ser transportado a un recipiente en donde se realiza el proceso de
filtrado y sedimentacin de las impurezas, despus de un periodo de tiempo se separa
el ltex y pasa a otro recipiente donde se iniciara el proceso de coagulacin para juntar
todas las partculas de caucho y que se puedan separar del suero. Una vez realizado
todo esto se lleva a una molienda(laminadora) para obtener el espesor deseado.
FIGURA 2-3: DIAGRAMA DE FLUJO DEP PROCESO INDUSTRIAL DE OBTENCION DEL CAUCHO NATURAL
2.3.1 SANGRIA U OBTENCION DEL LATEX
La etapa de sangra y obtencin del ltex es una fase importante en la produccin del
ltex, ya que vemos el hacer una buena sangra en el rbol de caucho va repercutir
en la calidad del lagrimado del ltex ya que al hacer una buena sangra vamos a tener
un ltex de mejor calidad, tambin la sangra afecta al rbol ya que al hacer una
sangra muy profunda puede daar al rbol de caucho y esto puede afectar la vida til
de rbol.
Inventario a plantacin: es un registro que permite al tcnico y agricultor cuantos
arboles inician vida productiva y proyecta la impulsin de nuevos rboles, existen
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diferentes modelos de inventarios pero lo importante radica en hacer la medicin
correcta en los rboles, generalmente se usa cinta mtrica u otro mecanismo.
En primer lugar se registra en una planilla la circunferencia a la altura 1.20 m e
identificar los arboles mayores a 45 cm de circunferencia a la altura del pecho, es
importa sistematizar esta informacin para monitorear por parte del tcnico o productor
el desarrollo productivo de la plantacin, la decisin para la explotacin lo toma el
agricultor ya que cuando ms del 50 % de los arboles renen la especificaciones
exigidas se puede iniciar una explotacin rentable.
El inicio del trabajo de apertura de panel y sangra debe realizarse mediante una
persona calificada ya que este condiciona la vida productiva del rbol, teniendo en
cuenta que cualquier mal procedimiento ocasiona daos irreparables para el futuro
productivo de la plantacin.
Apertura del Panel: El aprovechamiento del cultivo del caucho requiere de algunas
herramientas necesarias para realizar las actividades de apertura de panel y sangra
(un punzn, un cordel, una banderola, una regla de 1.20 m, una cuchilla de sangra,
una canaleta de zinc, un recipiente para latex y alambre grueso calibre 10-12), el
trazado del panel debe quedar ordenadamente orientado hacia lado de la calle para
garantizar la uniformidad, rendimiento, sangra y recoleccin.
FIGURA 2-4: AGRICULTOR REALIZANDO UNA SANGRIA AL ARBOL DE PRODUCCION DE CAUCHO
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2.3.2 RECOLECCION DEL LATEX
La sangra debe tener una inclinacin de aproximadamente 33
Para recoger el ltex de las plantaciones, se practica un corte diagonal en ngulo
hacia abajo en la corteza del rbol. El corte tiene una extensin de un tercio o de la
mitad de la circunferencia del tronco. El ltex exuda desde el corte y se recoge en un
recipiente. La cantidad de ltex que se extrae de cada corte suele ser de unos 30 ml.
Despus se arranca un trozo de corteza de la base del tronco para volver a tapar el
corte, normalmente al da siguiente. Cuando los cortes llegan hasta el suelo, se deja
que la corteza se renueve antes de practicar nuevos cortes. Se plantan unos 250
rboles por hectrea, y la cosecha anual de caucho bruto en seco suele ser de unos
450 kg por hectrea. En rboles de alto rendimiento la produccin anual puede llegar a
2.225 kg por hectrea, y se ha conseguido desarrollar ejemplares experimentales que
alcanzan los 3.335 kg por hectrea. El ltex extrado se tamiza, se diluye en agua y se
trata con cido para que las partculas en suspensin del caucho en el ltex se
aglutinen. Se prensa con unos rodillos para darle forma de capas de caucho de un
espesor de 0,6 cm, y se seca al aire o con humo para su distribucin.
FIGURA 2-5: AGRICULTOR REALIZANDO LA RECOLECCION DE CAUCHO EN UN RECIPIENTE ESPECIAL
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2.3.3 FILTRACION Y HOMOGENIZACION
Se denomina filtracin al proceso unitario de separacin de slidos en suspensin en
un lquido mediante un medio poroso, que retiene los slidos y permite el pasaje del
lquido.
Las aplicaciones de los procesos de filtracin son muy extensas, encontrndose en
muchos mbitos de la actividad humana, tanto en la vida domstica como de la
industria general, donde son particularmente importantes aquellos procesos
industriales que requieren de las tcnicas qumicas.
La filtracin se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte prctico,
recibiendo una mayor atencin terica desde el siglo XX. La clasificacin de los
procesos de filtracin y los equipos es diverso y en general, las categoras de
clasificacin no se excluyen unas de otras.
La variedad de dispositivos de filtracin o filtros es tan extensa como las variedades de
materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares
de cada aplicacin: desde sencillos dispositivos, como los filtros domsticos de caf o
los embudos de filtracin para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas
complejos de elevada automatizacin como los empleados en las industrias
petroqumicas y de refino para la recuperacin de catalizadores de alto valor, o los
sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.
FIGURA 2-6: ESPECIALISTA REALIZANDO LA FILTRACION Y EL COLADO DEL LATEX
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2.3.4 DILUCION
Consiste en eliminar las impurezas no solubles contenidas en el caucho natural
(suciedad), un proceso de dilucin para obtener una solucin fluida se necesita ser
filtrada a travs de tamices donde se retienen las impurezas.
2.3.5 SEDIMENTACION
La sedimentacin es el proceso por el cual el sedimento en movimiento se deposita.
Un tipo comn de sedimentacin ocurre cuando el material slido se deposita en el
fondo de un recipiente. La mayor parte de los procesos de sedimentacin se producen
bajo la accin de la gravedad en nuestro caso en el proceso de sedimentacin
buscamos que mediante el transcurso del tiempo los contaminantes sedimenten (se
depositen en el fondo del recipiente), normalmente pasan arena, hojas y otros tipos de
contaminantes en el proceso de filtracin, es por este motivo que dejamos reposar el
ltex filtrado. Con esto logramos que repose en el fondo del recipiente los
contaminantes
2.3.6 COAGULACION
Se denomina coagulacin al proceso por el cual la ltex pierde su liquidez, tornndose
similar a un gel en primera instancia y luego slida, sin experimentar un verdadero
cambio de estado.
Cuando se le agrega el cido actico al ltex, este hace que las molculas de caucho
contenidas en el ltex tiendan a juntarse porque se les est haciendo neutro su PH ya
que el ltex obtenido del rbol tiene un PH bsico y se le neutraliza con el PH del
cido actico,
Este proceso es debido a que experimenta un cambio qumico que la convierte en
insoluble y con la capacidad de entrelazarse con otras molculas iguales, para formar
enormes agregados macromoleculares en forma de una red tridimensional.
El limn tambin puede usarse como agente de coagulacin, pero para que se haga
realidad esto se debe agregar jugo de limn a un recipiente que contiene agua en una
relacin de 1 a 2 y dejarlo fermentar por lo menos durante un mes.
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2.3.7 LAMINACION
Para nuestro caso se conoce como laminacin o laminado al proceso por el cual
reducimos el espesor de la lmina de caucho que sale del proceso de coagulacin
haciendo que expulse todo rastro de suero y agua y as lograr el espesor deseado del
caucho, despus del laminado el caucho est listo para dar un ltimo proceso de
secado para luego poder ser vendido en los mercados.
FIGURA 2-7: LAMINADORA ARTESANAL (REFERENCIA)
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3 UBICACIN DE LA PLANTA DE PRODUCCION
DE CAUCHO NATURAL
3.1 DISTRITO DE CHAZUTA
FIGURA 3-1: MAPA POLTICO DEL DEPARTAMENTO DE SAN MARTIN
El distrito peruano de Chazuta es uno de los catorce distritos que conforman la
Provincia de San Martn en el Departamento de San Martn, bajo la administracin del
Gobierno Regional San Martn en el Per.
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3.1.1 GEOGRAFIA:
La Pueblo de Chazuta se encuentra situada a 260 msnm, 41km al sur de la ciudad de
Tarapoto, a 63615 de latitud sur y 761030 longitud oeste.
3.1.2 INICIO DE PROYECTO DE EXPLOTACIN DE CAUCHO
El propsito del proyecto es identificar y aislar los arboles de calidad para la cosecha
sostenible, as como generar semillas para producir plantones de calidad y aumentar
la produccin de caucho en Chazuta.
FIGURA 3-2: POBLADORES DE CHAZUTA REALIZANDO EL PROCESO DE SANGRADO
El proyecto har el inventario censal de rboles y apadrinamiento por grupos de
emprendedores solidarios articulados en redes comunales e intercomunales, sern
capacitados y entrenados para la aplicacin del mtodo en campo para la seleccin de
rbol plus
De esta manera se asegura el funcionamiento de la produccin de semilla y el
mecanismo de distribucin, uso en sistemas agroforestales, la manufactura de equipos
y preparacin de materiales e insumos para el procesamiento de lmina seca de
caucho, capacitacin y adiestramiento para la aplicacin de la tcnica de rallado de
corteza, y la capacitacin en tcnicas de seguridad personal y ambiental en
manipulacin del cido frmico y para acciones de dilucin y coagulado de caucho.
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El citado proyecto, segn el alcalde de Chazuta propiciar el emprendimiento
empresarial de los propietarios de tierras donde se encuentran los rboles de caucho,
as como una oportunidad de trabajo.
El proyecto da inicio mediante un convenio entre la Municipalidad Distrital de Chazuta,
la agencia de los Estados Unidos de Amrica para el Desarrollo Internacional (USAID)
y el Proyecto Especial Huallaga Central y Bajo Mayo (PEHCBM), identificarn rboles
plus de caucho para su aprovechamiento sostenible, principalmente de semillas hasta
el 2015.
3.1.3 GRANDES SALTOS DE CHAZUTA
Apenas dos meses despus del hallazgo, la entidad regional ya haba puesto a
disposicin de los nuevos caucheros a especialistas e infraestructura que aseguraban
el futuro del negocio.
Aqu muchas familias han sido rodeadas por el terrorismo y el narcotrfico. El nico
sustento que tuvieron por aos era la venta de hoja de coca, pero ese negocio los
expona al peligro constante. Esta es su oportunidad para poder surgir mediante otros
caminos menos peligrosos y delictivos como podra ser la produccin del caucho
natural.
En la actualidad, el caucho ha hecho que unas 80 familias de Chazuta abandonen la
produccin ilegal de hoja de coca y comiencen a vender lminas de hule a fbricas de
tuberas y mangueras de Lima y San Martn.
La mejor noticia lleg en junio, cuando los nuevos caucheros artesanales dieron el
gran salto del emprendimiento: ya iniciaron el cultivo de sus propias plantaciones de
shiringa, que en un ao crecern para dejar de depender de las 250 hectreas
descubiertas.
Por estos motivos nuestro grupo analizo la situacin laboral del pueblo y concluimos
que nuestro proyecto es viable y rentable tanto para la planta de produccin de caucho
natural como para la poblacin ya que va generar puestos de trabajos para los
pobladores de Chazuta.
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4 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA
4.1 NECESIDAD
Hoy en da la demanda del caucho natural forma parte de la demanda total de
elastmeros para neumticos y de otros productos derivados del caucho. Ms del 60
por ciento del caucho natural se utiliza para neumticos, que es el mvil principal de
los cambios registrados en la demanda de caucho natural. La parte correspondiente al
caucho natural en el sector de los neumticos era de alrededor del 50 por ciento en
2000, y con toda probabilidad se mantendr en torno a ese nivel en el prximo
decenio. Las exigencias tecnolgicas son el factor determinante decisivo de la parte
correspondiente al caucho natural en la produccin de neumticos, sin que se prevean
novedades significativas que permitan la sustitucin del caucho natural por caucho
sinttico en los neumticos.
Para cubrir esta demanda decidimos disear una planta de produccin de caucho
natural que pueda cubrir en cierta forma lo que el mercado est exigiendo, por este
motivo nuestro proyecto logra producir un aproximado de 80 kg/h de caucho natural
4.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Nuestro objetivo principal es obtener lminas de caucho, para lo cual se nos dio como
premisa que en el sangrado y la extraccin del ltex deberamos considerar una
obtencin de 80kg/h de ltex ya que para fines industriales tiene una gran demanda.
Como podemos observar en el procedimiento de la obtencin del caucho podemos
observar que hay varios procesos que debe pasar el ltex natural para poder
transformarse en caucho, entre estos procesos tenemos:
Sangra u obtencin de ltex.
Recoleccin de Ltex
Filtracin y Homogenizacin
Dilucin
Sedimentacin
Coagulacin
Laminacin
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Todos estos procesos se hacen de forma seguida, sea cada proceso depende de
un proceso anterior.
Como podemos ver en la siguiente figura la recoleccin de ltex depende de la
obtencin de ltex, as como la sedimentacin depende del proceso de recoleccin
y de la filtracin y homogenizacin por eso debemos analizar bien cada
componente o mquina que se va utilizar para poder tener una mejor produccin
tanto en cantidad como en calidad del caucho.
FIGURA 4-1: DIAGRAMA BSICA DEL PROCESO DE PRODUCCIN DEL CAUCHO NATURAL
Conociendo los procesos de la produccin del caucho natural podemos
plantearnos varios problemas para luego buscar soluciones, por este motivo vamos
a continuar con el desarrollo del problema donde con ayuda de las cajas negras,
cajas transparentes y la matriz morfolgica vamos poder determinar en una forma
abstracta todos los procesos involucrados.
RECOLECCION
FILTRACION Y HOMOGENIZACION
DILUCION
SEDIMENTACION
COAGULACION
LAMINACION
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CUADRO 4-1: RECOMENDACIONES PARA MEJORAR EL PROCESO DE PRODUCCIN DE
CAUCHO
ETAPAS DEL PROCESO
DESCRIPCION Y CUIDADOS
Sangra o Pica
Se realiza da por medio, conservando el trazado inicial (longitud, direccin, inclinacin) y se suspende en periodo lluviosos.
Para sacar el mximo de ltex se hace una incisin hasta 1 - 1,5 mm del cambium evitando llegar hasta la madera, pues se forman cicatrices que estorban las sangras posteriores.
Se debe recoger en una bolsa, el caucho de la pica anterior coagulado en la incisin y canalete
Las cuchillas utilizadas deben tener un buen filo para facilitar su utilizacin, evitar daos y consumos excesivos de corteza.
Todos los elementos para equipar el rbol deben estar limpios y colocados correctamente.
Informar sobre cualquier enfermedad o dao en los paneles.
recoleccin
Se debe efectuar en el mismo sentido que el sangrado, y se requieren de 13 baldes plsticos de 10 litros.
Los baldes deben estar limpios, secos y tapados para evitar prdidas por derrames y que caiga suciedades de ltex.
Recolectar por separado el ltex y los scraps
Los fondos taza y cintillas se deben recoger todos los das.
El caucho de tierra se debe recoger antes de los periodos secos para evitar incendios.
filtracin
Equipo: se recomienda construir un colador de malla plstica cuadrada de 20 cm con orificios, sujeta a un marco de madera de 10 cm de alto.
El colador se coloca sobre las canoas de coagulacin para filtrar el ltex cuando se transvase de los baldes a estas, teniendo cuidado de no derramarlo.
Se debe lavar el colador una vez se utilice, para evitar taponamiento de los orificios.
Dilucin
Se realiza en las canoas de coagulacin, en donde se la adiciona a cada litro de ltex un litro de agua limpia
Se requiere una medida exacta del agua y del ltex
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Coagulacin
Equipo: canoas de madera impermeabilizadas con baos de pintura o parafina, de 1.5m de largo x 0.2m de ancho y 0.2m de alto.
Se recomienda calibrar por litros el volumen de cada canoa, indicando con marcas visibles cada litro.
Accesorios: una paleta sencilla de aluminio perforada con agujeros de 1in de dimetro, con mango de madera y una lmina de aluminio de 16x20 cm con 16 agujeros de 2cm de dimetro separados entre s 4cm centro a centro a 1cm de los laterales.
Se requiere 5 canoas de coagulacin
En cada canoa se colocan 20 litros de ltex, 20 litros de agua y se les adiciona 30 ml de cido actico.
A medida que se adicionan el cido, la paleta se arrastra sobre el lquido para mezclar bien.
Si se presentan formacin de espuma retirarla con la paleta.
Se deben cubrir las canoas, puede ser con cartones limpios, durante todo el tiempo de la coagulacin.
Despus de 2 horas (cuando el coagulo esta gelatinoso) se cubre la superficie del coagulo con agua limpia, teniendo cuidado de no dejar caer sobre el coagulo un chorro de agua con fuerza.
La coagulacin culmina al cabo de 12 a 16 horas.
Se obtiene 5 cogulos diarios de 5cm de espesor y un 60 % de humedad.
Lavar las canoas despus de utilizarlas.
Laminacin
Comprar una laminadora manual y acondicionarle un sistema de rociado de agua que permita el lavado de la lmina.
A la maana siguiente de la coagulacin, los cogulos son sacados de las canoas con mucho cuidado para que no se rompan.
Pasar cada uno de los cogulos de 5 a 7 veces por la laminadora para obtener lminas de 2 a 5 mm de espesor.
Se obtiene 5 lminas diarias con un 30% de humedad.
Entre las pasadas las lminas se mantienen bajo agua en tanques.
Limpiar la laminadora despus de utilizarla.
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5 DESARROLLO DEL PROBLEMA
En esta parte del a monografa como bien dice su nombre, vamos a poder desarrollar
el problema, encontrar los puntos clave y los ms crticos del proyecto a realizar.
Por lo mencionado vamos a usar herramientas de diseo de mquinas que se nos
ensearon en clases como por ejemplo: el mtodo generalizado, abstraccin, caja
negra y caja transparente, matriz morfolgica, matriz de criterio de evaluacin y matriz
ordenada.
5.1 METODO GENERALIZADO
Este mtodo est basado en lo general, no tiene que ver con los procesos que
ocurren, sino ms bien en el producto despus de cada proceso, es decir lo que tienes
antes y lo que vas a tener despus de aplicar los procesos.
5.1.1 ABSTACCION:
En esta parte no importa lo que ocurra dentro de cada equipo, sino lo que se va a
tener como producto final a partir de las materias primas, y materiales que a simple
vista se puede observar.
5.1.1.1 CAJA NEGRA:
Como podemos observar en los procesos de obtencin del caucho natural tenemos
varios procesos entre ellos estn: sangra u obtencin del ltex, recoleccin del ltex,
filtracin y homogenizacin, dilucin, sedimentacin, coagulacin y laminado; de todos
estos procesos los podemos considerar como caja negra.
CAJA NEGRA 1 (DESDE EL SANGRADO HASTA LA ANTES DE
LAMINACION DEL CAUCHO COAGULADO)
Como podemos observar en el proceso de sangra u obtencin del caucho
natural, vemos que tenemos como materia prima al rbol, herramientas de
sangrado y la fuerza aplicada, cido actico, coagulantes natural, por el
tcnico productor de ltex se puede obtener un perfecto sangrado y minimizar
las virutas y mermas en la produccin.
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FIGURA 5-1: CAJA NEGRA DESDE EL SANGRADO HASTA ANTES DEL PROCESO DE LAMINACION
CAJA NEGRA 2 (PROCESO DE LAMINACIN):
Antes del proceso de laminacin vamos a tener el caucho aun con lquido, es
por ese motivo que se usa la laminadora para poder escurrir lo ms posible al
caucho del suero y tambin para poder lograr tener un espesor deseado en la
lmina de caucho, podemos considerar como caja negra a todo el proceso de
laminado porque sabemos que entra caucho sin laminar con lquido, energa
mecnica, y una seal de encendido (ON) y como producto de salida tenemos
el caucho deseado (menor concentracin de suero y menor espesor), suero y
una seal de apagado (OFF)
FIGURA 5-2: CAJA NEGRA DEL PROCESO DE LAMINACION
CAJA NEGRA (N1)
ENTRADA
rbol de caucho
Herramientas de sangrado.
cido actico
Coagulante natural
Tiempo
Energa mecnica
SALIDA
Sangrado de Ltex
Caucho coagulado.
Suero
Mermas
Virutas
CAJA NEGRA (N2)
ENTRADA
Caucho sin laminar
Energa elctrica
Seal ON
SALIDA
Caucho Laminado
Suero
Seal OFF
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5.1.1.2 CAJA TRANSPARENTE:
Podemos considerar como caja transparente a todos los procesos en conjunto ya que
todo va ser industrializado, es decir que va estar automatizado y no se va poder
observar los detalles especficos que van a pasar por cada mquina.
En nuestra caja transparente podemos ver que vamos a tener una cierta cantidad de
condiciones de entrada que por lo general son materias primas (rbol de caucho,
herramientas bsicas, cido actico, energa elctrica, energa mecnica entre otras,
y en la salida tendremos ya el producto terminado (caucho), suero, mermas, escorias,
etc.
En la caja transparente se va mostrar con ms detalle lo que se est mencionando.
FIGURA 5-3: SISTEMA TOTAL (CAJA TRANSPARENTE)
La unin de las dos cajas negras forma el proceso de produccin del caucho y como
vemos en la FIGURA 5-3, en base a esto vamos a disear las 2 cajas negras y lograr
optimizar los procesos que se van a llevar a cabo.
CN N1: Desde el sangrado hasta la antes de laminacin del caucho coagulado
CN N2: Proceso de Laminacin.
CN N1 CN N2
ENTRADA
rbol de caucho
Agua
cido Actico
Energa elctrica
Energa Mecnica
Seal ON
SALIDA
Suero
Caucho laminado
Agua
Suero
Merma
Seal OFF
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5.1.2 ESTRUCTURA DE FUNCIONES
5.1.2.1 CONSIDERACIONES:
Extraccin de 80 kg/h de ltex para producir caucho natural.
Recipiente para recoleccin del ltex.
Recipiente para la filtracin y homogenizacin del ltex.
Dilucin y sedimentacin.
Coagulacin.
Laminacin.
5.1.3 MATRIZ MORFOLOGICA
Para poder conocer de forma sencilla los procesos de fabricacin del caucho les
vamos a mostrar el CUADRO 5-1 la matriz morfolgica de todos los procesos
involucrados y de las alternativos que se han ido descubriendo en el transcurso de la
investigacin.
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CUADRO 5-1: MATRIZ MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS DE OBTENCION DEL CAUCHO
5.1.4 MATRIZ DE CRITERIOS DE EVALUACION
En esta matriz vamos a poder elegir si el proyecto es viable, si la evaluacin
econmica es rentable y la evaluacin tcnica es de muy buena calidad, este criterio
es uno de las importantes ya que ac juega si el proyecto contina o lo cambiamos, ya
que la mayora de proyectos no cuenta con una evaluacin econmica adecuada y por
lo tanto en el proyecto se originan prdidas o simplemente ya no continua.
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CUADRO 5-2: MATRIZ DE CRITERIOS DE EVALUACION
EVALUACIN ECONMICA EVALUACIN TCNICA
Econmico 20 Excelente 20
Aceptable 17 20 Muy bueno 17 20
Regular 14 17 Bueno 14 17
Caro 10 14 Regular 10 14
Muy caro < 10 Malo < 10
Como vemos en el CUADRO 5-2, vamos a poner las evaluaciones econmicas y
tcnicas en un rango de 0 a 20, 0 si el proyecto no contina y 20 para ver que el
proyecto es viable y ponerlo en marca.
5.1.5 MATRIZ DE CONCISTENCIA
Para ejecutar una adecuada seleccin de la maquina se elabora una matriz en la cual
se puede analizar de manera objetiva cada una de las propuestas desde un marco
econmico y tcnico.
CUADRO 5-3: MATRIZ DE CONSISTENCIA
Asp. Econmico / Asp. Tcnico CAPACIDAD MANTENIMIENTO ESTABILIDAD MANIPULACION CONTAMINACION
CALIDAD IP DP DP DP IP
VOLUMEN DP IP IP IP DP
GASTO O CONSUMO DP IP IP IP IP
TECNOLOGIA DP DP DP IP IP
INSUMOS DP IP IP IP DP
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5.2 DISEO DEL TANQUE AGITADOR
El diseo del tanque agitador ms que todo fue mediante un modelo ya conocido,
mediante la utilizacin del software solidworks y clculos de mtodos finitos podemos
disear el tanque agitador.
Los datos del modelo son:
REQUERIMIENTOS DEL PROCESO
Caudal del Ltex (L/da): 1500
Caudal del agua (L/da): 406.241
Caudal de Acido Aceito (ml/da): 1125
Densidad del Ltex a la salida (Kg/m3): 990.64
PARMETROS DE DISEO DEL TANQUE:
Dimetro (m): 1.25
Altura (m): 1.85
Capacidad (m3): 3.53
Volumen del Lquido (m3) 1.94
Material: Acero inoxidable
Posicin: Vertical
PARMETROS DE DISEO DEL AGITADOR:
Dimetro (m): 0.75
Velocidad de Rotacin (s-1) 1.34
Potencia (Hp): 3
Material: Acero Inoxidable
Como nosotros requerimos un caudal de ltex de 80 kg/h, multiplicando por la
densidad que mencionamos en el cuadro anterior (990.64 kg/m3) tendramos una
produccin al da de 1938.14 L/da de ltex.
Para fines de diseo y como el tanque a utilizar va se semejante al tanque
mencionado entonces, mediante una regla de tres simples podemos calcular el
volumen del tanque deseado.
Modelo Nuestro Proyecto Caudal 1500 1938.14
Volumen 3.53 X
Por lo tanto vamos a tener un volumen de 4.561 m3 para nuestro proyecto.
El volumen calculado se ingresa como dato principal al solidworks (software) y
mediante mtodos que el software nos brinda podemos aproximar fcilmente cual
seran las medidas del tanque y del agitador,
Dichos diseos se mencionan en el archivo magntico adjunto al Informe del proyecto.
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A continuacin se puede observar un pantallazo del software que utilizamos para este
diseo.
FIGURA 5-4: PANTALLAZO DEL SOFTWARE USADO EN EL DISEO
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FIGURA 5-5: VISTA ISOMETRICO DEL TANQUE CON LA TURBINA PLANA AGITADOR
Las dimensiones del tanque son:
Altura: 2.38 m
Dimetro: 1.64 m
Volumen: 4.5611 m3
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5.3 DISEO DE LA LAMINADORA
5.3.1 CARACTERISTICAS DE LA MAQUINA A DISEAR
El sistema que se va a disear y calcular servir para mezclar y laminar el caucho
crudo (materia prima) con algn componente aditivo. Esta tendr las caractersticas
preliminares siguientes:
FIG. 5-1
PARMETROS INICIALES
B = Ancho de banda del rodillo (1000 mm).
R = radio de los rodillos (200 mm).
N1= velocidad del rodillo 1 (14,5 RPM).
N2 = velocidad del rodillo 2 (18,5 RPM).
N2/ N1 = relacin de friccin (1,27).
Hf = espesor final del caucho (6 mm).
PARMETROS A CALCULAR.
Ho = espesor inicial del caucho
LP = longitud de contacto.
Pr = presin de laminacin.
P = carga de laminacin.
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A. VELOCIDAD DE APLICACIN DE LA FUERZA DE COMPRESION
Para un rodillo de radio r, girando a una velocidad angular w (FIG. 5-1) Se tiene:
FIG. 5-2
x = r cos , = w t ,
dx/dt = - w r sen wt
F = K , = x
dF / dt = K dx / dt
Reemplazando en la expresin anterior se tiene:
dF / dt = f ( w, r )
dF / dt = f ( w, D )
D = 2 r
Esta expresin nos indica que la velocidad de aplicacin de la fuerza de compresin
est en funcin de w y r. Entonces no es difcil de imaginar que la potencia consumida
est en funcin de la velocidad perifrica de los rodillos.
Los valores de las fuerzas de compresin y corte dependern de las caractersticas
especficas del caucho crudo y de la distancia de separacin de cada punto de la
superficie de los rodillos.
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En cuanto a la velocidad de aplicacin de la fuerza de corte, este valor depender de
la magnitud de la velocidad angular relativa de los rodillos (N2/ N1) llamada tambin
relacin de friccin.
Tal como se muestra en la FIG. 5-2 es necesario establecer esta diferencia de
velocidades para lograr un efecto de cizalladura en el polmero. En nuestro caso este
valor es de 1,27, ya que como sabemos estas relaciones suelen tener un mximo de
1,5 y un mnimo de 1. Un valor elevado aumentara la fuerza de friccin y ocasionar
un incremento de temperatura del material que provocara una quemadura prematura
del material (chamuscado).
La disipacin de energa en forma de calor a los cilindros de los rodillos es inevitable
por lo que ser necesario contar con un sistema de enfriamiento que mantenga la
temperatura promedio de los cilindros dentro de lo permisible.
FIG. 5-3
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5.3.2 CLCULO Y DISEO DEL EQUIPO
Para comenzar a realizar los clculos, necesitamos hacer un estudio previo de lo que
es la laminacin, es decir conocer a fondo sobre los parmetros que inciden en las
necesidades que se tendrn como para disear una mquina capaz de vencer muchas
resistencias y tambin poder controlar las consecuencias que esta determine. Por lo
que empezaremos a calcular la presin de laminacin requerida.
A. FUNDAMENTOS PARA EL CLCULO DE LA PRESION REQUERIDA
La FIG. 5-4 Sirve para explicar algunas relaciones importantes entre las dimensiones
de los cilindros y de las fuerzas que intervienen en la deformacin de un material por
laminacin. Un retazo de caucho crudo de espesor Ho entra en contacto con los
cilindros en el plano XX con una velocidad inicial ligeramente menor a la velocidad
perifrica del cilindro de menor velocidad, pero instantes despus esta se adhiere y
pasa a tener la misma velocidad de este cilindro. Pasa a travs de la separacin entre
cilindros y pierde el contacto con ellos en el plano de salida YY, con un espesor
reducido Hf. Como la relacin del ancho (banda) con respecto al espesor a laminar es
insignificante, no se considerar la deformacin y el esfuerzo en esta direccin.
A lo largo de la superficie de contacto tal como muestra la FIG. 5-3 la distribucin de la
presin alcanza un punto mximo en el punto N, y a partir de este va disminuyendo
hasta anularse. En cualquier punto de la superficie de contacto, por ejemplo en el
punto A actan dos fuerzas sobre el material una en direccin del radio, Pr y otra
tangencial de friccin, F. La carga de laminacin P es la fuerza con la que los cilindros
comprimen entre s al material; y es igual a la fuerza con la que el material acta sobre
los cilindros intentando sepralos. El rea que queda bajo la curva es proporcional a la
carga de laminacin que para los fines de clculo se admite que acta en el centro de
gravedad de la distribucin de la presin.
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FIG. 5-4
La forma de la curva de distribucin, por ello, tiene mucha importancia, ya que la
localizacin de la carga resultante con respecto al cilindro determina el par y la
potencia necesaria. El rea sombreada de la FIG. 5-4 representa la fuerza requerida
para vencer a las de friccin y la fuerza necesaria para deformar al caucho en
compresin plana homognea.
La proyeccin de la longitud de contacto Lp est determinada por Ho, Hf y el radio R
mediante la siguiente ecuacin:
2/12 4/)HfHo()HfHo(RLp
2/1)HfHo(RLp (4-1)
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Ahora procederemos a calcular el valor de Ho.
FIG. 5-5
En la FIG. 5-5 se tiene un retazo de caucho cuasi rectangular de espesor Ho el cual
esta sostenida entre las superficies cilndricas. El ngulo de mordido es, que est
formado por el punto de contacto de la materia prima y las superficies cilndricas.
Un ngulo ms all de cuyo valor los rodillos no pueden morder el elemento, el cual
solamente resbala, no siendo posible el arrastre de la misma. Vamos asumir que el
contacto se realiza en un punto.
En la figura anterior tenemos que la partcula recibe una fuerza de compresin Pr ,
normal a la tangente comn en el punto de contacto y ser arrastrada si la
componente vertical de Pr (Pr sen ) no es mayor que la componente vertical de la
fuerza de friccin opuesta (el peso de la paca se desprecia por ser pequea) Ahora, la
fuerza de friccin es f Pr, donde f es el coeficiente de friccin entre las superficies, y la
componente vertical de sta es fPr cos .
Entonces el arrastre se da cuando:
Pr sen < f Pr cos
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Tg < f
En el lmite:
Tg = f
De la figura 4.2 podemos deducir la siguiente relacin:
cos1
HfHoD
(4.2)
De esta ecuacin podemos calcular el espesor inicial de las placas de caucho.
Pero, para que se d el arrastre es preciso que el coeficiente de friccin (en nuestro
caso es igual a 0,47) sea igual a la tangente del ngulo de mordido.
Reemplazando valores en la ecuacin (4 - 2):
Ho = 44 mm
Generalmente el caucho crudo viene en bloques gruesos, por lo que es necesario
cortarlos antes de hacerlos ingresar al molino, para ello se cuenta con cortadoras
especiales.
Esta reduccin de espesor es en la primera fase de laminacin, posteriormente se
pude seguir reduciendo de espesor hasta un valor de 1 mm, pero la mquina se va a
disear para las condiciones iniciales de operaci6n ya que es ah donde se requiere la
mayor potencia y exigencia de la mquina.
Ahora es posible entonces calcular el valor de la longitud de contacto, reemplazando
valores en la ecuacin (4 - 1):
Lp = 87 mm
La friccin entre el cilindro y el material es muy importante, porque esta afecta en la
magnitud y distribucin de la presin del cilindro, tal como se muestra en la FIG. 5-1 se
hace patente que cuanto mayor sean las fuerzas de friccin, ms grande debe ser la
carga P y el mximo de presin dado en el punto N se alcanzar con un gradiente ms
grande. La friccin elevada da a lugar grandes cargas de laminacin.
B. CALCULO DE LA PRESIN DE LAMINACIN
Vamos a proceder a calcular la presin de laminacin necesaria a travs de frmulas
tericas, a continuacin algunas consideraciones:
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La teora de laminacin debe expresar las fuerzas externas, tales corno la carga y el
par de laminacin en funcin de las condiciones geomtricas de la deformacin y de
las caractersticas de la resistencia mecnica del material a laminar. Las ecuaciones
diferenciales para el equilibrio de un elemento de volumen de material deformado
entre los cilindros son comunes a todas las teoras de laminacin La deduccin que
expondremos seguidamente se basa en la siguiente hiptesis:
1. El arco de contacto es circular; no hay deformacin elstica de los cilindros.
2. El coeficiente de rozamiento es uniforme en todos los puntos del arco de contacto.
3. Ensanchamiento lateral nulo, por lo que la laminacin puede estudiarse como un
problema de deformacin plan.
4. Se cumple el criterio de la energa de la distorsin para la deformacin plana:
0021 )3/2( (4 2)
Dnde:
21 Esfuerzos principales
0 = lmite elstico en traccin
En la FIG. 5-6 se muestran las tensiones que actan sobre el material, en el canal de
los cilindros en cualquier punto de contacto, este punto est ubicado a un ngulo
determinado , las tensiones que actan son la radial, pr , y la tangencial de
cizallamiento, rpf . Estas tensiones se descomponen tal cual muestra la FIG. 5-7,
en sus componentes horizontales y verticales. La fuerza normal en un extremo de un
elemento es prRd , y de la componente horizontal es prRcos d . La fuerza de
friccin tangencial es fpr R d y su componente horizontal es fprRcos d . Sumando
las fuerzas verticales que actan sobre el elemento de volumen se tiene:
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FIG. 5-6
FIG. 5-7
0dsenRp2HdcosRfp2)dHH()d( ryryy (4 3)
Resolver esta ecuacin diferencial es complicada, algunos autores han determinado
algunas soluciones ms que nada empricas, orientadas a laminaciones de materiales
ferrosos en la que asumen una serie de factores que para nuestro caso es
inadecuado. Est claro que la intencin de este trabajo no consiste en hallar la
solucin a esta ecuacin, pero es importante saber a qu nos vamos a tener para
poder determinar la presin necesaria. Por lo tanto vamos a realizar lo que algunos
autores como George E. Dieter recomiendan, la aproximacin del anlisis a un caso
de compresin entre dos placas paralelas. El anlisis es muy similar, pero tendramos
que asumir el ngulo igual a cero.
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A partir de esto se deriva que:
dh = 0
dy = Rd
Del grfico la presin de laminacin p es igual a:
p = pr (cos + f sen ) de aqu se desprende que:
P = p r
Teniendo esta consideracin reemplazarnos en la ecuacin (4 - 3)
0dyfp2dH y (4 - 4)
La relacin entre la presin normal y la tensin de compresin horizontal a est dada
por la condicin de criterio de la energa de distorsin para la fluencia en tensin
plana.
00yx )3/2(
que puede ser expresada as:
La tensin longitudinal de compresin x = - p, y la tensin que se requiere para que el
caucho fluya es y
- p - 0y
De esta ecuacin podemos deducir:
d y = - dp
Remplazando esta expresiones en la ecuacin ( 4 - 4 )
0H
dyfp2dp (4 - 5)
Donde H es el espesor inicial.
Integrando esta ecuacin diferencial obtendremos la distribucin de presiones a lo
largo de la longitud de contacto, pero lo que a nosotros nos interesa es determinar la
presin media de laminacin, por lo que a la expresin hallada la integraremos y luego
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la dividiremos entre la longitud de contacto Lp para obtener la presin media de
laminacin. pav
H/fLp
1)H/Lpf(expp 0av
(4 - 6)
Ahora pasamos a calcular el valor numrico de la presin media de laminacin.
Es recomendable colocar el material solo a un 80% de la longitud del rodillo
L = 0.8 (1000) mm de la ecuacin (4 - 1)
2
00 mm/Kg14.0)12,0()3/2()3/2(
Ahora reemplazamos valores en la ecuacin (4 - 6)
avp 0,2309 kg / mm2
Ahora pasemos a calcular la carga total de laminacin:
P = Pav * L * Lp (4 7)
P = (0.23)*(800)*(87) = 15970 Kg
C. CALCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA
La potencia total necesaria ser consumida principalmente en tres formas:
1) potencia para deformar y mezclar el caucho.
2) potencia empleada en superar las fuerzas de friccin en los cojinetes.
3) potencia perdida en los engranajes y sistema de transmisin.
Por ahora solo calcularemos la potencia necesaria para mezclar el caucho, ms
adelante procederemos a calcular los restantes.
Ahora que se tiene el valor de la carga de laminacin ser fcil calcular la potencia
requerida para la deformacin del caucho. La resultante de esta carga P actuar en un
punto que estar a una distancia a de la lnea de centros, existen varios mtodos para
calcular este valor, pero todos ellos son muy complicados y tediosos, por lo que
algunos autores como Ekelund Dieter recomiendan para efectos prcticos
aproximadamente la mitad de la longitud de la proyeccin de la lnea de contacto, es
decir Lp / 2.
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Durante una revolucin de un cilindro, la carga de laminacin P se desplaza a lo largo
de una circunferencia de longitud 2a, y puesto que los cilindros que trabajan son
dos, el trabajo de revolucin es:
Trabajo 2 (2a) P Kg.m (4 - 8)
Ahora el nmero de revoluciones es N, la potencia necesaria ser de:
s/m.Kg60
NPa4W
CV4500
NPa4W (4 9)
Reemplazando valores en la ecuacin (4 - 10)
4500
)5.16)(97015()10*2/87(4W
3
W= 32 CV
Potencia Consumida por el rodillo N2:
P2 = 17,94 CV
Potencia Consumida por el rodillo N1:
P2 = 14,06 CV
Lo que tendramos que preguntarnos ahora, es qu tan cercanos nos. encontramos al
valor real de la potencia necesaria, ya que como dijimos este es un clculo
aproximado. Lo nico que podramos hacer seria comprobar a travs del mismo
procedimiento de clculo para otros equipos de diferente capacidad en las que se
cuentan con datos corno; la velocidad de rotacin, dimetro de rodillos, y por su
puesto su correspondiente potencia, y as podramos saber si efectivamente existe una
relacin real que finalmente recomendemos que se use como un medio de clculo
adecuado.
En la pgina siguiente se muestra una tabla de comparacin de valores reales de
potencia del motor usado, con valores analticos de consumo de potencia, si nosotros
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agregarnos los valores de las potencias que se requieren adicionalmente (prdidas en
los cuellos, en el sistema de transmisin, etc) obtendremos valores muy cercanos a los
dados por los fabricantes para los casos que se dan.
D. CALCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA DEL MOTOR DE TRANSMISION.
Como es sabido cuando se seleccionan los motores, se tienen que tomar en cuenta
entre otras cosas, no solo la potencia requerida para hacer trabajos especficos, sino
tambin la capacidad que este motor tendr que vencer muchas resistencias que se
traducirn finalmente en prdidas en todo el sistema de accionamiento.
Segn el esquema que se muestra a continuacin en cada etapa de transmisin existe
una eficiencia de transmisin que en algunos casos la asumiremos segn a
recomendaciones que se dan para estos casos, pero haremos un clculo especifico en
la perdida de potencia por efecto de rozamiento en los cuellos de rodillos con sus
respectivos cojinetes debido a que estos suelen ser altos por lo que ser necesario
saber cul exactamente es su valor.
Clculo de la potencia necesaria para vencer el rozamiento en los cuellos
Para obtener esta potencia es necesario tener el par de rozamiento que es igual al
producto de la carga de laminacin (P) por el coeficiente de rozamiento () y por el
radio del cuello (R).
Como es sabido si empleamos cojinetes de rodamientos de bolas o de rodillos, o
cojinetes de pelcula de aceite de presin de alta calidad, el coeficiente de rozamiento
es ms uniforme que cuando se usan cojinetes de deslizamiento. Sin embargo este
coeficiente vara con la magnitud de la carga a la cual el rodamiento est sujeto, con la
temperatura del cojinete y con la concentracin de la presin debido a la flexin del
cilindro.
La fuerza hacia abajo P representa la carga normal o radial sobre el cuello, para
coeficientes de rozamiento que tienen un coeficiente de rozamiento , la fuerza de
rozamiento tangencial es P y el par de rozamiento es PR.
Carga de laminacin (Kg) R.
Donde es el coeficiente de friccin en los cuellos, N es la velocidad de rotacin
promedio en los cilindros y R su radio.
Entonces la potencia (HP) requerida para vencer la fuerza de rozamiento en los
cuellos de cada rodillo ser:
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Carga(Kg)x2xR
60 75
N es la velocidad de rotacin promedio de los cilindros, entonces la potencia total
absorbida de los cilindros ser igual a:
Carga(Kg)x4xNxR
60 75
El valor de para los cojinetes de rozamiento ordinario es 0,07 y R es 100 mm.
Reemplazando los valores en la expresin anterior se tienen;
15970x2x16.5x0,07x100x103
60 75= 5,15 CV
Potencia perdida en el rodillo N2 =2,88 CV
Potencia perdida en el rodillo N1 =2,26 CV
Las eficiencias en cada etapa de transmisin las asumiremos del siguiente modo:
Eficiencia de las ruedas dentadas = 98%
Eficiencia en los rodamientos (2) = 99%
Eficiencia de en el acople= 99%
Eficiencia en la caja reductora =90%
Eficiencia en las fajas en V = 97%
=(
14,06 + 2,260,98 ) + 17,94 + 2,28
0,970,90.990.990.990.98= 45,14 45
Recordemos tambin que se necesitara cierta potencia como para vencer a la inercia
esttica en toda la maquinaria pesada, y tambin es importante consideras las
prdidas del motor en s.
Por lo que la potencia ideal del motor requerido ser de 50 a 60 HP y una velocidad
nominal de 1165 RPM.
E. CALCULO DE LAS RUEDAS DENTADAS
RUEDA DENTADA A Y PION D
El clculo de los engranajes se puede hacer por tres mtodos:
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Mtodo de AGMA
Usando la ecuacin de Barth y Hertz
Mtodo europeo
En el presente trabajo, el clculo de los engranajes, se usara el procedimiento de la
american gear manufacturers asociation (AGMA)
La potencia a transmitir N ser:
=
1234
Reemplazando los valores:
= 45,140,970,90,993 = 38,23
Velocidad de rotacin de la rueda: 18,5 RPM
Velocidad de rotacin del pin: 5,55 RPM
Angulo de presin: 20 FD Este ngulo es el ms usado ya que tiene la
ventaja de mayor capacidad y menores dificultades de interferencia.
Servicio continuo de 24 horas.
Material de los engranajes: Acero
Relacin de trasmisin.
=
=
5,55
18,5= 3
Nmero mnimo de dientes del pin por efecto de interferencia, de acuerdo
a la tabla N 2 es: 15.
DIMENSIONAMIENTO DE LOS ENGRANAJES
Calculo estimado de las distancia entre centros por criterio de resistencia la
fatiga (C)
C = (1+Mg
2)(
K
Mg0,013NP
0,3)(Pd
Satp)0,37 (4 13)
Donde:
C: distancia entre centros.
: Relacin de transmisin.
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: Numero de revoluciones del pin.
K : Constante = 700
: Potencia de diseo
: esfuerzo permisible del pion, de la tabla N 9 para acero templado y
revenido.
= 23 /2 y una dureza de 260 BHN
Reemplazando el valor de la ecuacin (4 -13)
C = (1+3
2) (
K
30,013x5,550,3) (
38,63
23)
0,37= 500 mm
Calculo de la distancia entre centros por el criterio de desgaste superficial
C = (1+Mg
2)(
K1
Mg0,06NP
0,3)(Pa
Sacg2)
0,37 (4 14)
Donde:
K : Esta constante para un material de acero flucta entre 6200 a 8300 por lo que
consideramos en 7000
Sacg: Esfuerzo permisible del contacto del engranaje, de la tabla N 8 sera 78 Kg/mm2
Reemplazando el valor de la ecuacin (4 -14)
C = (1+3
2) (
7000
30,06x5,550,3) (
38,63
782)
0,37= 604 mm
Como se sabe los engranajes cilndricos de dientes rectos, la dimensin fundamental
por calcular es la distancia entre centros, de acuerdo a las recomendaciones en estos
casos se toma el mayor valor que lo podemos redondear en 600 mm.
Modulo mximo
M max =2C
Zpmin(1+Mg)
Reemplazando el valor de la ecuacin anterior:
M max =2x600
15(1+3)= 20
Con la siguiente relacin podemos construir una tabla, de tal forma podemos
aproximarla a la relacin de transmisin que conocemos:
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ZP + Zg =2C
M
+
20 60 15 45 3
19 63 16 45 2,9
18 67 17 50 2,9
17 71 18 53 2,9
16 75 19 56 2,9
De la tabla anterior podemos escoger el menor y el que se aproxima ms a nuestra
relacin de transmisin.
Luego nuestro modulo ser M =16, con este valor podemos calcular los dimetros de
paso de los engranajes.
DP = MZP = 304 mm
Dg = MZg = 869 mm
El ancho del diente:
Como sabemos est dentro del rango recomendado:
8M F 12,5 M
Reemplazando valores que se tiene:
128 mm F 200 mm
Vamos a considerar un ancho de 140 mm.
Velocidad tangencial del pin:
=
60000 = 0,88 /
Calculo de la potencia a transmitir por el criterio de fatiga superficial, de acuerdo
al procedimiento recomendado por el AGMA
La potencia mxima a transmitir estar dada por:
P = 6,98x107(NPFCvI
CoCsCmCf)(
SacDPCLChCTCRCP
)2
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Siendo:
: Factor de sobrecarga de los engranajes cilndricos de dientes rectos. De la
tabla N 3 = 1,25 para cargas de choques moderados
: Factor dinmico para engranajes de dientes rectos.
De la curva N3 = 0,95, para engranajes de alta precisin afeitados o
rectificados sometidos a cargas dinmicas.
: Factor de tamao para engranajes cilndricos de dientes rectos = 1
: Factor de distribucin de carga. De la tabla N 4 = 1,7 para engranajes
cilndricos de dientes rectos, engranajes de alta precisin con 100% de
contacto.
: Factor de condicin superficial. Este factor depende del acabado superficial,
de los esfuerzos residuales y de la plasticidad. = 1,1
: Factor geomtrico para peores condiciones de contacto.
De la figura (4-8), = 0,105
: Coeficiente elstico, coeficiente que depende de las propiedades elsticas
del material para los engranajes cilndricos de dientes rectos. De la tabla N 5
= 61 para ambas ruedas de acero fundido.
: Factor de vida, este factor ajusta la carga permisible para un determinado
nmero de ciclos de operacin, = 1 para 107 ciclos.
: Factor de relacin de durezas para engranajes de dientes rectos: = 1
: Factor de temperatura = 1, para condiciones ambientales normales de
trabajo.
: Factor de seguridad para engranajes de dientes rectos con una
confiabilidad de 99% de la tabla N6, = 1
: Esfuerzo permisible del contacto. Primeramente seleccionamos las
durezas del pin y del engranaje, de la tabla N7:
Pin: 265 BHN
Engranaje: 225 BHN
Ahora la tabla N8, Sacg = 78 Kg/mm2 , para una dureza de 260 BHN
Reemplazando los valores en la ecuacin (4-16), se tendr:
P = 6,98x107 (55,5x140x0,95x0,105
1,25x1x1,7x1,1) (
78x304x1x1
1x1x61)
2
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P = 43,33CV > 38,23CV No va a fallar
Como la potencia a transmitir hallada es mayor que la potencia de diseo, quiere decir
que estamos en buen camino.
Calculo de la potencia a transmitir por el criterio de resistencia a la fatiga.
Potencia mxima que pondr transmitir el pin:
= 6,98107(
)
Siendo:
: Esfuerzo permisible del material, este esfuerzo varia en forma
considerablemente del tratamiento trmico, mtodo de forjado, mtodo de
fundicin y de la composicin qumica del material. De la tabla N9 se tiene,
= 23 /2 , para una dureza de 260 BHN
: Factor geomtrico, factor que contempla la forma geomtrica del diente, la
posicin de la carga que ms dao puede ocasionar al diente, la concentracin
de esfuerzos, y la reparticin de las cargas entre los dientes.
De la figura (4-11), = 0,34 y = 0,4
: Factor de vida, es difcil de precisar el factor de vida en los engranajes, ya
que los esfuerzos producidos, no son proporcionales a las cargas y la
concentracin de esfuerzos varia con el nmero de ciclos, = 1 para 107
ciclos y una dureza de 260 BHN
: Factor dinmico, este factor depende de los errores de esparcimiento y del
perfil de los dientes, la velocidad tangencial, la carga a transmitir por unidad de
ancho del diente
De la figura (4 - 10), curva N2 = 0,93, para engranajes de alta precisin
afeitados o rectificados sometidos a cargas dinmicas.
: Factor de tamao, factor que depende fundamentalmente del paso del
diente, de los dimetros de la rueda, del ancho del diente, de la relacin de la
profundidad de la capa endurecida y el espesor del diente y el espesor del
diente, tipo de tratamiento trmico y de la dureza del material. Por lo general
los aceros adecuadamente endurecidos son = 1
: Factor de distribucin de carga. Depende de los des alineamiento de los
ejes, de los errores de perfil del diente, de las deflexiones elsticas de los ejes,
cojinetes y ruedas. Estos originan que el contacto entre los dientes no sea
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uniforme en todo el flanco o se efectu solamente un contacto parcial. De la
tabla N 4 = 1,7
: Factor de temperatura para engranajes que operan a temperatura que no
excedan a 71C, = 1
: Factor de seguridad, para clculos de resistencia a la fatiga. De la tabla
N11, = 1 para una confiabilidad del 99%
: Factor de sobrecarga de los engranajes cilndricos de dientes rectos. De la
tabla N 3 = 1,25 para cargas de choques moderados
Reemplazando los valores en la ecuacin se tendr:
P = 6,98x107 (304x55,5x23x16x140x0,34x1x0,93
1x1,7x1x1x1,25)
P = 89,7 CV > 38,23 CV No va a fallar
RUEDA DENTADA B Y C
La potencia a transmitir N en esta etapa ser:
N = PrequeridaMotor
xn1xn2xn3xn4xn5xn6 Pr Pc
: Potencia de laminacin del rodillo N2
: Potencia de perdida en los cojinetes del rodillo N2
Reemplazando los valores:
N = 45,14x0,97x0,9x0,993x0,98 17,94 2,88 = 16,65 CV
Velocidad de rotacin de del pin(B): 18,5 RPM
Velocidad de rotacin de la rueda (
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