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FACULTA DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y

URBANISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELÉCTRICA

TESIS

DISEÑO DE UNA MAQUINA LIMPIADORA Y

SELECCIONADORA DE GRANO DE MAIZ (ZEA

MAYS) PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE

25qq/h EN EL DISTRITO DE MÓRROPE

PARA OPTAR TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO

MECÁNICO ELECTRICISTA

Autor:

Bach. Muro Facho, César Robinson.

https://orcid.org/0000-0002-5647-7321

Asesor:

Mg. Vives Garnique, Juan Carlos

https://orcid.org/0000-0003-0988-9881

Línea de Investigación.

Infraestructura, Tecnología y Medio Ambiente

Pimentel – Perú

2020

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FACULTA DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y

URBANISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELÉCTRICA

TESIS

DISEÑO DE UNA MAQUINA LIMPIADORA Y

SELECCIONADORA DE GRANO DE MAIZ (ZEA

MAYS) PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE

25qq/h EN EL DISTRITO DE MÓRROPE

PARA OPTAR TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO

MECÁNICO ELECTRICISTA

Autor:

Bach. Muro Facho, César Robinson.

https://orcid.org/0000- 0002 - 5647 - 7321

Asesor:

Mg. Vives Garnique, Juan Carlos

https://orcid.org/0000- 0003 - 0988 - 9881

Línea de Investigación.

Infraestructura, Tecnología y Medio Ambiente

Pimentel – Perú

DISEÑO DE UNA MAQUINA LIMPIADORA Y SELECCIONADORA DE

GRANO DE MAIZ (ZEA MAYS) PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE 25qq/h EN EL DISTRITO DE MÓRROPE Aprobación del Jurado Mg. Silvia Yvone Gastiaburú Morales Presidente del jurado de tesis Mg. Carlos Alexis Alvarado Silva Mg. Juan Carlos Vives Garnique Secretario del jurado de tesis Vocal del jurado de tesis

AGRADECIMIENTO

Estoy agradecido con Dios todo poderoso por brindarme la salud y darme la vida para seguir creciendo en mi formación profesional, también a toda mi familia por su apoyo incondicional. Al Mg. Juan Carlos Vives Garnique, asesor de esta tesis, por el apoyo incondicional que tuvo hacia mi persona, también al Mg. Carlos Alexis Alvarado Silva por su desinteresado apoyo.

RESUMEN.

El presente trabajo de investigación se ejecutó el diseño mecánico de una máquina limpiadora y clasificadora de granos de maíz, para dar por termino a la dificulta que se reside en el distrito de Mórrope, al no poseer con un método vigoroso para enjuiciar este cereal, se procedió a diseñar la máquina para optimara la producción del producto. Mediante métodos analíticos y deductivos se pudo juzgar la dificultad y dar por terminado utilizando cogniciones obtenidos en el desarrollo en la formación como estudiante y las opiniones de docentes experimentados, se adquirió los parámetros del diseño; a través del manejo de pesquisas y pautas de reconocimiento se decretó la suficiencia nominal de la maquina en 25qq/día, para amortizar las deficiencias de los agricultores del distrito de Mórrope. Se jurídico con ultimar el objetivo de calificar y diseñar una máquina limpiadora y seleccionadora de granos de maíz, y legalizar los resultados a través de empleo del software CAE, de apetecer el empleo del equipo para enjuiciar mayor cantidad. Se sugiere recalcular el procedimiento de limpieza y selección consecuente con las nuevas de carencias. Palabras clave: Granos de maíz, Diseño, Software CAE.

VII

XIII

Ecuación 15 : Aceleración de la bandeja seleccionadora – desplazamiento negativo.

XVII Figura 28. Diseño mano alza de la maquina seleccionada por la matriz morfológica.

I. INTRODUCCIÓN INDICE GENERAL
- 1.1. Realidad Problemática.
- 1.2. Antecedentes.
  - 1.2.1. A nivel internacional
  - 1.2.2. A nivel nacional.
  - 1.2.3. A nivel Local.
- 1.3. Teorías relacionadas al tema.........................................................................
  - 1.3.1. Tipos de variedades de maíz.
  - 1.3.2. Métodos utilizados para la clasificación del maíz....................................
  - Requerimientos de la máquina:.............................................................................
  - 1.3.3. Diseño de máquinas limpiadoras y seleccionadoras de granos.
- 1.4. Formulación del Problema..........................................................................
- 1.5. Justificación e importancia del estudio.
  - 1.5.1. Técnica.
  - 1.5.2. Social.
  - 1.5.3. Económica.
  - 1.5.4. Ambiental.
- 1.6. Hipótesis:
- 1.7. Objetivos
  - 1.7.1. Objetivo General
  - 1.7.2. Objetivos Específicos
I. MÉTODO.
- 2.1. Tipo y Diseño de Investigación
- 2.2. Población y Muestra
  - 2.2.1 Población................................................................................................. VIII
  - 2.2.2 Muestra.
- 2.3. Variables, Operacionalización.
  - 2.3.1 Variables.
  - 2.2.3. Operacionalización de variables
  - 2.3.2 Muestra
- 2.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos, validez y confiabilidad
  - 2.4.1. Técnicas de recolección de datos.
  - 2.4.2. Validez y confiabilidad.
- 2.5. Procedimiento de análisis de datos.
- 2.6. Criterios éticos.
- 2.7. Criterios de rigor científico.........................................................................
II. RESULTADOS.............................................................................................
- 3.1. Caracterizar el proceso de limpieza y selección del maíz.
  - 3.1.1. Limpieza por corriente de aire.
  - 3.1.2. Limpieza con zaranda manual.
  - 3.1.3. Limpieza con ventilador.
- 3.2. Determinar las propiedades físicas y mecánicas del grano de maíz.
- 3.2.1. Determinar la densidad de cada impureza.
- 3.3. Selección del mejor concepto de diseño:
- 3.3.1.1. Análisis de Máquinas seleccionadoras....................................................
- 3.3.2. Lista de Exigencias:
- 3.3.3. Configuración de la Matriz morfológica:
  - 3.3.4. Descripción de propuestas de concepto de solución:
  - 3.3.5. Tabla de ponderación
- 3.4. Componentes: Diseño y Selección.
  - 3.4.1. Cálculos de la bandeja de alimentación.
para selección. 3.4.2. Diseño y dimensionamiento del mecanismo de desplazamiento del grano - 3.4.3. Evaluación de la vibración de la máquina.............................................. - 3.4.4. Análisis estático del sistema Biela manivela - 3.4.5. Diseño del eje excéntrico - 3.4.6. Rodamientos: selección según estandarización. - 3.4.7. Cálculo del pasador del sistema de la bandeja. - 3.4.8. Cálculo de soporte estructural. - 3.4.9. Dimensionamiento del sistema de limpieza. - 3.4.10. Diseño del ventilador. - 2.6.1. Diseño de los alabes del ventilador. - 3.4.11. Diseño de la voluta o carcaza. - 3.4.12. Cálculo del Angulo de inicio del difusor. - 3.4.13. Cálculo de presiones. - 3.4.14. Selección de material. - 3.4.15. Sistema mecánico del ventilador. - 3.4.16. Selección del motor - 3.4.17. Selección de bandas - 3.4.18. Selección del tipo de soldadura - 3.4.19. Dimensionamiento del sistema de transmisión. - 3.4.20. Diseño de poleas. - 3.4.21. Selección de bandas de transmisión. - 3.4.22. Sistema eléctrico. - 3.4.23. Fuente: (SRL, 2016)Costo y presupuesto. - 3.4.24. Evaluación económica. - DISCUSIÓN.
- IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
- 4.1. Conclusiones: X
- 4.2. Recomendaciones:
REFERENCIAS...................................................................................................
ANEXOS.
Tabla 1. Operacionalización de variables independientes. INDICE DE TABLAS.
Tabla 2. Operacionalización de variables dependientes.
Tabla 3. Técnicas de recolección de datos.
Tabla 4. Resultados de la entrevista.
Tabla 5. Análisis de tecnologías para la selección y limpieza de granos.
Tabla 6. Análisis de tecnologías para la selección y limpieza de granos.
Tabla 7 Matriz Morfológica.
Tabla 8. Líneas de concepto de solución.
Tabla 9. Matriz de ponderación
Tabla 10. Propiedades de los materiales
Tabla 11. Análisis estático
Tabla 12 Resultados del análisis estático con software FEA
Tabla 13 Datos de análisis del alimentador vibratorio
Tabla 14. Concentrador de Esfuerzos.........................................................................
Tabla 15. Valores de factor y exponente
Tabla 16. Análisis estático usando software MEF
Tabla 17. Rodamiento FAG
Tabla 18. Resultados del análisis estático del pasador.
Tabla 19 : Cargas que soporta la estructura base.
Tabla 20: Tabla de resultados de análisis de estructura.
Tabla 21 : Parámetros iniciales del ventilador.
Tabla 22. Cifra de presión.
Tabla 23: Relación radio ángulo para diseñar alabe.
Tabla 24: Propiedades del acero ASTM A36.
Tabla 25: Relación radio ángulo para diseñar alabe.
Tabla 26. Factor de corrección por ángulos para poleas
Tabla 27. Servicios para poleas a encontrar.
Tabla 28. Potencias permitidas según tipo de bandas.
Tabla 29. Corrección de longitud según tipo de banda
Tabla 30. Circunferencias normalizadas.
Tabla 31 Lista de materiales.
Ecuación 1 Cálculo de peso que se ejerce sobre la bandeja INDICE DE ECUACIONES.
Ecuación 2. Cálculo de fuerza que ejerce la mas en función de X
Ecuación 3. Calculo para la aceleración que ejerce la masa
Ecuación 4. Calculo para la distancia final que recorre la masa.
Ecuación 5. Calculo para determinar el tiempo de recorrido de la masa.
Ecuación 6. Cálculo de la velocidad final que obtiene la masa.
Ecuación 7. Cálculo de las cargas distribuidas sobre la bandeja.
Ecuación 8. Calculo para el desplazamiento máximo que se genera en a bandeja.
Ecuación 9. Calculo para el momento polar de inercia para un rectángulo
Ecuación 10. Calculo para el esfuerzo por compresión
Ecuación 11. Desplazamiento de la bandeja seleccionadora.
Ecuación 12. Velocidad de la bandeja seleccionadora.
Ecuación 13. Aceleración de la bandeja seleccionadora
Ecuación 14. Aceleración de la bandeja seleccionadora – desplazamiento positivo.
Ecuación 16 : Peso del alimentador
Ecuación 17 Amplitud
Ecuación 18 Componente H
Ecuación 19: Valor de Cos∅
Ecuación 20: Componente 𝑭𝟐𝒙.................................................................................
Ecuación 21: Valor de 𝐹 2 𝑥.......................................................................................
Ecuación 22: Fuerza necesaria para vencer la masa de los productos
Ecuación 23 : Fuerza Inercial
Ecuación 24: Torque
Ecuación 25: Potencia del alimentador......................................................................
Ecuación 26 : Ecuaciones de Equilibrio
Ecuación 27: Ecuación de equilibrio de Momentos.
Ecuación 28: Ecuación de equilibrio Fuerzas.
Ecuación 29: Momentos flexionantes.
Ecuación 30: Momento resultante máximo
Ecuación 31: Diámetro según criterio ED - Goodman XIV
Ecuación 32: factor Ka
Ecuación 33: Límite de resistencia a la fatiga real
Ecuación 34: Carga resultante en rodamientos
Ecuación 35 : Fr: Carga dinámica
Ecuación 36 : Capacidad de carga dinámica requerida.
Ecuación 37: Capacidad de carga estática requerida
Ecuación 38: Carga estática equivalente
Ecuación 39: Carga estática equivalente
Ecuación 40: Carga estática equivalente
Ecuación 41: Carga estática equivalente
Ecuación 42: Densidad del aire
Ecuación 43: Potencia al eje
Ecuación 44: Caudal en la ventana de salida
Ecuación 45: Área en la ventana de salida
Ecuación 46: Velocidad en la ventana de entrada
Ecuación 47: Área de la ventana de entrada
Ecuación 48: Caudal en la ventana de entrada
Ecuación 49 : Número específico de revoluciones
Ecuación 50: Velocidad de salida del rotor
Ecuación 51: Diámetro Exterior del rotor
Ecuación 52: Ángulo de los alabes
Ecuación 53: Relación de diámetros..........................................................................
Ecuación 54: Coeficiente de caudal
Ecuación 55: Número de alabes
Ecuación 56 : Espesor periférico de la salida
Ecuación 57: Espesor periférico de la entrada.
Ecuación 58: Paso de la entrada.
Ecuación 59: Paso de la salida.
Ecuación 60: Velocidad tangencial a la entrada.
Ecuación 61: Velocidad tangencial a la salida.
Ecuación 62: Relación de velocidad meridiana.
Ecuación 63: Velocidad meridiana de la entrada.
Ecuación 64: Velocidad Relativa de la entrada. XV
Ecuación 65: Velocidad relativa de la salida.
Ecuación 66: Angulo 𝛼
Ecuación 67: ancho del alabe.
Ecuación 68: Ancho del alabe en la entrada.
Ecuación 69: Ancho del alabe en la salida
Ecuación 70: Transferencia de energía.
Ecuación 71: Coeficiente de resbalamiento
Ecuación 72: Altura que genera el rotor
Ecuación 73: Eficiencia Hidráulica
Ecuación 74: Altura útil del ventilador
Ecuación 75: Salto energético.
Ecuación 76: Angulo para trazado de alabes.
Ecuación 77: Angulo 𝛼.
Ecuación 78 : Radio de la carcasa.............................................................................
Ecuación 79: Radio máximo.
Ecuación 80: Radio de inicio del difusor.
Ecuación 81: Distancia “A” de la carcasa.
Ecuación 82: Presión teórica.
Ecuación 83: Presión total del ventilador.
Ecuación 84: Perdidas de presión.
Ecuación 85: Presión estática.
Ecuación 86: Grado de reacción.
Ecuación 87: Presión dinámica.
Ecuación 88: Potencia del ventilador.
Ecuación 89: Ángulo de contacto de la faja
Ecuación 90: Ángulo beta
Ecuación 91: Torque en el eje del ventilador.
Ecuación 92: Fuerza tangencial neta
Ecuación 93: Fuerza en la polea.
Ecuación 94: Ecuación de equilibrio de Momentos.
Ecuación 95: Ecuación de equilibrio Fuerzas.
Ecuación 96: Momentos flexionantes.
Ecuación 97: Momento resultante máximo XVI
Ecuación 98: Diámetro según Criterio de fluencia de Tresca
Ecuación 99: Potencia máxima.
Ecuación 100: Potencia total.
Ecuación 101: Potencia del motor.
Ecuación 102: Potencia Corregida...........................................................................
Ecuación 103: relación de transmisión.
Ecuación 104: Longitud de la banda primitiva.
Ecuación 105. Hallando la potencia total
Ecuación 106. Cálculo de polea del motor.
Ecuación 107 Hallando el factor de banda
Ecuación 108. Cálculo de longitud de paso para banda tipo V.
Ecuación 109. Calculando la banda permitida
Ecuación 110. Velocidad periférica de la banda
Ecuación 111. Longitud normalizada para la banda.
Ecuación 112. hallar la intensidad del motor.
Ecuación 113. Intervalo para la protección del motor
Ecuación 114. Ingreso por cosecha
- Figura 1. Método manual. INDICE DE FIGURAS.
- Figura 2. Tamiz vibratorio.
- Figura 3. Tamiz giratorio
- Figura 4. Separación por ventilación.
- Figura 5. Descripción de maquina limpiadora y seleccionadora de grano.
grano. Figura 6. Principio de funcionamiento de maquina limpiadora y seleccionadora de
- Figura 7. Limpieza por corriente de aire.
- Figura 8. Limpieza por zarandas.
- Figura 9. Limpieza con ventilador comercial.
- Figura 10. Entrevista realizada a agricultores.
- Figura 11. Entrevista realizada a agricultores.
- Figura 12 Recipiente de ensayo
- Figura 13 Balanza de ensayo
- Figura 14 Impurezas a calcular su densidad.
- Figura 15 Impureza (ramillas)
- Figura 16 Masa del recipiente de ensayo.
- Figura 17 Masa del recipiente con la impureza (ramillas).
- Figura 18. Masa del recipiente de ensayo con la impureza (palillos).
- Figura 19. Masa del recipiente con la impureza (Poñita)
- Figura 20. Masa del recipiente con la impureza (coronta).
- Figura 21. Seleccionadora de haba por vibración y gravedad.
- Figura 22. Fajas transportadoras.
- Figura 23. Clasificadora de haba seca.
- Figura 24. Limpiadora de granos.
- Figura 25. Limpiador neumático.
- Figura 26. Separador neumático.
- Figura 27. Separador de granos.
- Figura 29 Bandeja de alimentación del grano de maíz.
Figura 30. Asignación de cargas externas XVIII
Figura 31. Mecanismo del alimentador vibratorio
Figura 32. Vista lateral del alimentador vibratorio
Figura 33. Sistema de movimiento elíptico.
Figura 34. Cinemática de sistemas de desplazamiento
Figura 35 , Dimensiones de la bandeja de desplazamiento y criba seleccionadora
Figura 36 Dimensiones de la bandeja de desplazamiento y criba seleccionadora
Figura 37 Vista superior de la chapa perforada redonda
Figura 38 Análisis de tensiones en la bandeja
Figura 39 Desplazamiento en la bandeja de entrada
Figura 40 Análisis estático - Factor de seguridad
Figura 41 Esquema del alimentador vibratorio
Figura 42. Grafica aav
Figura 43 Grafica de Rathbone
Figura 44 DCL del mecanismo Biela - manivela
Figura 45 fuerza que el alimentador vibratorio será la componente horizontal F2x
Figura 46 DCL
Figura 47. Grafica Torque - ángulo
Figura 48. Eje excéntrico.
Figura 49. Eje y sus componentes
Figura 50. Esquema del DLC del eje de transmisión
Figura 51. DCL en la polea........................................................................................
Figura 52. Análisis de fuerzas Plano XY...................................................................
Figura 53. Fuerzas cortantes y momentos flectores en el plano XY
Figura 54 Diagrama de fuerzas plano XZ.................................................................
Figura 55 Diagrama de cortante y momentos. Plano YZ
Figura 56. Análisis aplicando sofware MEF
Figura 57. Tensiones en el eje según MEF
Figura 58. Desplazamientos en el eje según análisis MEF
Figura 59. Análisis estático – Factor de seguridad en el eje
Figura 60. Mallado del eje principal
Figura 61. Rodamiento rígido de bolas......................................................................
Figura 62. n (factor de velocidad)..............................................................................
Figura 63 fL: Factor de esfuerzos dinámicos. XIX
Figura 64 Eslabón del alimentador vibratorio
Figura 65. DLC del eslabón
Figura 66. Fuerzas aplicadas en el pasador
Figura 67. Análisis estático en el pasador
Figura 68. Análisis estático – Desplazamientos en el pasador
Figura 69 Análisis estático – Fs del pasador
Figura 70. Estructura base
Figura 71 Juntas soldadas
Figura 72. Estructura base
Figura 73. Tensión axial y de flexión en la base
Figura 74. Cartela
Figura 75. Análisis de desplazamiento de la nueva estructura
Figura 76. Estructura base
Figura 77. Ventilador para el proceso de limpiado....................................................
Figura 78. Detalle del área Avs..................................................................................
Figura 79. Detalle del área Ave
Figura 80. Diagrama de perdidas
Figura 81. Ubicación de las velocidades en el rodete
Figura 82. Grafica DIÁMETRO-RPM
Figura 83 Ubicación de las velocidades en el rodete
Figura 84 Espesores periféricos.
Figura 85. Trazado de triangulo de velocidades.
Figura 86. Triangulo de velocidades.
Figura 87. Triangulo de velocidad a la entrada.
Figura 88. Triangulo de velocidades a la salida.
Figura 89. Pasos de entrada en el rodete....................................................................
Figura 90. Variación del ángulo con respecto al radio
Figura 91. Trazado de alabes
Figura 92. Trazado de voluta.
Figura 93. Dimensiones A y B
Figura 94. Análisis Carcaza del sistema de ventilación.
Figura 95. Análisis de esfuerzos con software FEA.
Figura 96. Análisis de desplazamiento de la voluta en software FEA. XX
Figura 97. Factor de seguridad de la voluta en software FEA.................................
Figura 98. Sistema mecánico del ventilador.
Figura 99. Eje del sistema de ventilación.
Figura 100. DCL del eje del ventilador.
Figura 101. Propiedades físicas del Rotor.
Figura 102. DCL de la polea....................................................................................
Figura 103. Análisis de fuerzas Plano XY...............................................................
Figura 104. Fuerzas cortantes y momentos flectores (x-y)......................................
Figura 105 Fuerzas cortantes y momentos flectores (z-x)
Figura 106. Diagrama de cortante y momentos. Plano YZ
Figura 107. Análisis de Cargas
Figura 108. Tensiones en el eje del ventilador.
Figura 109. Análisis de desplazamientos en el eje del ventilador.
Figura 110. Análisis del factor de seguridad en el eje del ventilador.
Figura 111. Calculadora de rodamientos aplicada al eje del ventilador.
Figura 112. Calculadora de rodamientos aplicada al eje del ventilador.
Figura 113. Datos eléctricos del motor de 1 hp marca WEG.
Figura 114. Tabla para la selección de correas
Figura 115. Transmisión por correas de la maquina................................................
Figura 116 detalle de los cordones de soldadura
Figura 117. Motor 1 HP 4P D56 1F 220 V 50 Hz
Figura 118. Diseño de poleas...................................................................................
Figura 119. Sistema de arranque directo ABB.
Figura 120. Relé térmico TF42
Figura 121 Diagrama unifilar del rele térmico
Figura 122. Diagrama unifilardel rele térmico.
Figura 123. Cotización de Ventilador para la máquina.
Figura 124. Cotización de motor para toda la máquina.
Figura 125. Cotización de arrancadores directo para la máquina
figura 126. Encuestas aplicadas a los agricultores del distrito de Morrope.
Figura 127. Encuestas aplicadas a los agricultores del distrito de Morrope.
Figura 128. Eje y sus componentes de trasmisión, eje principal de la criba.

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AGRADECIMIENTO

RESUMEN.

VII

XIII