diseño y construcción de un horno convectivo automático de
Contents
1. 1 77m Kaire 0 032W m K Nu 1659 38 El n mero de Nusselt a su vez se encuentra determinado por la ecuaci n de Colburn Nu 0 023 x Re 8 x Pr 4 D nde Pr es el n mero de Prandt del aire en las condiciones de trabajo adimensional Re es el n mero de Reynolds adimensional De la ecuaci n 3 se despeja y se obtiene el n mero de Reynolds 1659 38 B X0 023 0 704 Re 1 41 x 10 Adem s el n mero de Reynolds est representado por la siguiente ecuaci n de la cual se obtiene la velocidad del aire requerida en el interior del horno para obtener una convecci n forzada Rex Y u Dhidrautico 141 x 10 2 456 x 105m s e 1 77m u 19 61m s La velocidad de aire que producen los ventiladores axiales viene dada por la siguiente ecuaci n 4 u Tr Dx n D nde u es la velocidad del aire producida por el ventilador m s D es el di metro promedio de las aspas del ventilador m n son las revoluciones a las que gira el ventilador rpm Los ventiladores comerciales giran a 1700 revoluciones por minuto por lo cual se deber calcular el di metro promedio de las aspas del ventilador con el fin de seleccionar los ventiladores a utilizar 20m D mxn Tmx 1700rpm D 0 225 m 8 86 n Con lo que selecciona un aspa de las siguientes dimensiones y un di metro promedio de 9 como se indica en la figura 1 Dext 14 Figura 1 Aspas ventilador axial Las aspas2. E A AT paredes R con aislante 11 198m x 285 15K 393 15K Aparedes 3 0992 g Aparedes 7 1222W Debido al ingreso y a la extracci n de la lana desde el 31W 7 sp h L 7 g 01m horno se tendr n dos orificios de dimensiones 1400x300 Bi e 67 39 mil metros por los cuales se va a presentar una p rdida de a Tk calor ocurrida por convecci n W l e orificios 2A h AT 2 0 42m 15 108K Debido a que el n mero de biot es alto se puede utilizar 2 H j A mer K una soluci n aproximada el cual utiliza el primer n mero de la dorisicio 1416W siguiente serie 5 Orl ICLO Por lo que las p rdidas de calor en el horno ser n las siguientes T Ta amp a 2 gt 5 Fo Aptotal paredes qorificio 1 82 Ti Ta gt En a i cos Sn i X n 1 El coeficiente Cn se calcula por la siguiente ecuaci n a Aptotal 7 4 8KW E Sen n o 2 n sen 2 Donde los valores caracter sticos eigenvalores de son las ra ces positivas de la ecuaci n trascendente CALOR ABSORBIDO POR LA CARGA Cn Una vez que todos los componentes del horno recubrimiento interno externo aislante t rmico banda transportadora han llegado a estabilizarse o han pasado el Bi tan estado transitorio el horno necesita generar calor para incrementar la temperatura de la lana y de la banda Los valores C1 1 2731 y 1 5552 fueron tomados de la transportadora que se encue
3. ltelera alimentacion 7 Nalimentacion Obteniendo una relaci n de transmisi n de 3 43 y una velocidad de los rodillos de alimentaci n de 0 128 rpm Adem s se va a utilizar una reducci n de 2 5 para mover el rodillo dosificador PINON z 13 CAJAREDUCTORA CATALINA 2 48 eL 1 y Catalina z 35 POLEA 12 POLEA 8 POLEA 5 CATALINA z 39 Figura 8 Distribuci n del sistema de reducci n SELECCI N Y DIMENSIONAMIENTO DEL MOTOR A m s de 1000 metros del nivel del mar la potencia real del variador de frecuencia y del motor ser n menores a las nominales debido a que el variador de frecuencia va a funcionar a un d cimo de la frecuencia nominal del motor se debe de utilizar un factor de reducci n del par nominal de 0 6 con el fin de evitar alg n tipo de sobrecalentamiento El motor va a trabajar a una altura de 2225 metros sobre el nivel del mar y a una temperatura de 35 grados cent grados por lo que el factor de seguridad por temperatura y altura es de 0 94 Por lo que la potencia del motor queda representada por la siguiente ecuaci n FS x Y PRodillos PM FRP x FTA D nde PM Potencia del motor hp FS Factor de seguridad adimensional PRodillos Sumatoria potencia de los rodillos W FRP Factor de reducci n del par nominal adimensional FTA Factor de seguridad por temperatura y altura adimensional E 1 82 x 403W PM 1 0 6 0 94 kid PM 1 744 hp Se
4. de salida de los elementos de control como se muestra en la tabla 7 Tabla 7 Se ales de entrada y salida para los controladores SE ALES DE ENTRADA Y DE SALIDA Descripci n Tipo Arranque del sistema Digital Paro del sistema Digital Paro de emergencia Digital Funcionamiento ler proceso Digital ii Funcionamiento 2do proceso Digital Sensor temperatura 1 Anal gico Sensor de temperatura 2 Anal gico Protecci n de encendido de ie Digital Encendido y apagado del motor Digital Cambio de giro del motor Digital Control velocidad motor Anal gico Encendido y apagado del Dicital Salidas quemador Encendido de los ventiladores Digital Encendido del Extractor Digital Indicador de funcionamiento Digital Indicador de Emergencia Digital Por lo que se ha seleccionado un PLC Siemens Logo con un m dulo de expansi n de entradas y salidas digitales y un m dulo de salidas anal gicas adem s se seleccion un controlador de temperatura que es la mejor soluci n por costo y utilidad ya que estos controladores tiene un f cil seteo de las temperaturas presentan un indicador de temperatura y entregan una se al digital al PLC de esta manera se redujo costos en el acondicionamiento de la se al y en el visualizador de temperaturas Figura 9 Controladores del horno a PLC Siemens LOGO b Controlador Full Gauge MT 622 SELECCI N DE LAS PROTECCION EL CTRICAS Se debe garantizar que todos los elementos el ctricos que se encuentran
5. seleccionadas funcionan adecuadamente con un motor de las siguientes caracter sticas Tabla 2 Requerimientos del motor de los ventiladores 1 4HP 220V 0 5 x 6 5 Una vez encontrados los ventiladores con sus aspas se recalculan los par metros con el fin de conocer el coeficiente de convecci n real en el interior del horno 0 032W 1712 mx K E ET hi 30 95 m 2K Ya obtenido el coeficiente de convecci n del horno se calcula las p rdidas de calor calculando la resistencia t rmica total adem s se calcula el espesor adecuado para reducir en un 90 las p rdidas de calor Reotal ES Reonv externo Reond1 Reonaz2 Reonaz Reon interno 1 xl x2 x3 1 Rtotal SAATH R RB K R Conv R Conv Figura 2 Resistencias t rmicas Acon aislante DAS i Y R sin aislante KA 1 Y Aislamiento Y _ Asin aislante Y R con aislante C lculo de la resistencia t rmica sin aislante ata B 1 0 7mm 0 7mm 1 p Sn aistante W ta W a W aW m x K m k m k m K K s R sin aislante 0 099 kg C lculo de la resistencia t rmica con aislante a la R sin aislante con aislante __ j 0 10 s3 R con aislante 0 99 kg R I R I 0 99 S con aislante R sin aislante y 0 0 038 Kg mxk x3 33 86mm Una vez encontrada la resistencia equivalente con aislante se procede a calcular las p rdidas ocurridas en las paredes del horno
6. 1 88K g Alana s 7183K9 10cm m Alana 2 63m Toda la lana que se encuentran en el interior del horno debe estar sobre la banda transportadora que presenta un ancho de 1 20 metros con esto se determina la longitud m nima del horno Alana 2 63m Lh gt SR abanda 1 2m Lhorno 2 19m Se necesita un coeficiente de convecci n forzada que ocasiona una transferencia de calor mayor al de la convecci n natural el coeficiente de convecci n forzada esta entre 30 y 300 W m K 1 El coeficiente de convecci n difiere en cada caso por tanto el coeficiente convectivo debe determinarse independientemente para cada situaci n y no es posible generalizarlo 2 Se requiere conseguir un coeficiente de convecci n forzado de 30W m K el mismo que se encuentra representado por la ecuaci n 1 3 Nux Kaire hi Dhidrautico D nde Kaire coeficiente de conductividad t rmica del aire W m K Nu Numero de Nusselt adimensional Dhnidrautico Di metro Hidr ulico m El coeficiente de convecci n para tubos no circulares est n basadas en el di metro hidr ulico el cual est presente en la siguiente relaci n 4x A Dhidraulico p D nde A rea de la secci n transversal al flujo del aire p Per metro 4 x 2 4 x 1 4 Dhidraulico 342442 14 Dhidraulico 1 77m Utilizando la ecuaci n 3 1 se calcula el n mero de Nusselt requerido Nu hi Dhidraulico _ 30W m K
7. DISE O Y CONSTRUCCI N DE UN HORNO CONVECTIVO AUTOM TICO DE ALIMENTACI N CONTINUA PARA EL PROCESO DE CARBONIZADO DE 60 KG D A DE LANA PARA LA EMPRESA ESPATEX Miguel Alejandro Ruiz Cruz Jorge Patricio S nchez Arciniegas Ing Oswaldo Mari o Ing Tatiana Acosta Departamento de Energ a y Mec nica Carrera de Ingenier a Mecatr nica Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Mayo 2014 RESUMEN Para iniciar el dise o se plantea una matriz QFD la cual identifica las necesidades del cliente y las transforma en requerimientos t cnicos para el dise o del sistema Los resultados obtenidos en dicha matriz indican que los sistemas de transporte almacenamiento y alimentaci n y calentamiento son los m s importantes en la m quina Al realizar las pruebas de funcionamiento se pudo evidenciar que la alimentaci n de lana constituye la parte m s compleja debido a que esta no era homog nea desde el almacenamiento hasta el ingreso de la misma al horno Actualmente con las caracter sticas de la lana que la empresa ESPATEX trabaja se logra conseguir 45 kg d a Con la implantaci n de la m quina se reduce la utilizaci n de mano de obra en un 60 durante el proceso de carbonizado se aumenta en un 9 el carbonizado de los restos vegetales en la lana y se evita la quemadura de la lana por temperaturas muy altas Adicionalmente se logra un aumento en la producci n de un 32 PALABRAS CLAVE CARBONIZADO DE LANA CONVECCI N F
8. Figura 6 Funcionamiento de rodillos en una cardadora 6 La figura 6 indica el funcionamiento del transporte y extracci n de exceso de lana dentro de una cardadora El rodillo trabajador debido a que presenta guarniciones asim tricas con el tambor quita el exceso de lana en ese momento el rodillo limpiador con guarniciones sim tricas y por diferencia de velocidades extrae la lana del rodillo trabajador y el tambor extrae la lana del rodillo limpiador debido a que este gira a mayor velocidad Para alimentar y transportar un espesor menor de 10cm de lana al interior del horno se ha seleccionado un rodillo de alimentaci n y otro encargado de retirar el exceso de lana Rodillo Dosificador Adem s va a existir la presencia de una telera encargada de retirar la lana del rodillo de alimentaci n y transportarla hacia la banda transportadora principal Entre el rodillo de alimentaci n y el rodillo de dosificaci n se debe tener guarniciones asim tricas con sentidos de giro directo a cualquier velocidad con el fin de extraer el exceso de lana del rodillo de alimentaci n La telera debe de presentar guarniciones sim tricas entre los rodillos de alimentaci n y de dosificaci n y tener una velocidad lineal mayor que los dos rodillos con el fin de extraer la lana de los rodillos y llevarla hacia la banda trasportadora N1 Revoluciones rodillo extracci n N2 Revoluciones rodillo dosificador VL Velocidad lineal Figura 7 Es
9. ORZADA HORNO DE CARBONIZADO ALIMENTACION DE LANA DOSIFICACION DE LANA L INTRODUCCI N En los ltimos a os los avances realizados en la maquinaria textil han obligado a trabajar con materias libres de impurezas lo que ha ocasionado que las empresas textiles ecuatorianas mejoren la calidad en sus procesos de limpieza El creciente inter s de la empresa ESPATEX para ofrecer productos de mejor calidad en el mercado ecuatoriano trae consigo la incorporaci n de un nuevo horno para el proceso de carbonizado Con la implementaci n de dicho horno se lograr realizar un adecuado proceso de carbonizado logrando eliminar los restos vegetales en los procesos a continuaci n IL DESARROLLO DEL DISE O A fin de conocer las necesidades del cliente con respecto al dise o y la construcci n del proyecto se realiz una entrevista al gerente de la empresa ESPATEX Utilizando estos requerimientos en la matriz QFD se han podido encontrar los principales sistemas de la m quina indicados en la tabla 1 con su respectiva ponderaci n Tabla 1 Sistemas que componen el horno VARIABLES TENICAS DEL SISTEMA QFD mor pura i n de tempera 89 onde vrai pr oem 89 Manufactura y f cil reemplazo DISE O T RMICO La lana utilizada en la empresa ESPATEX tiene una densidad de 7 143kg m Con esto se puede hallar la superficie de lana requerida para obtener la producci n diaria El rea se encontr imponi ndose un espesor de 10cm
10. X presenta un desbalance de 12 voltios entre las fases y 20 voltios en el neutro por lo cual se recomienda instalar un transformador propio para sus instalaciones y distribuir sus cargas correctamente vi REFERENCIAS 1 A Mermet Ventilacion natural de edificios Editorial Nobuko 2005 2 Y Cengel Transferencia de calor McGraw Hill 2005 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Scribd Determinacion del coeficiente convectivo de transferencia de calor 2013 En l nea Available http www scribd com doc 39533780 DETERMINAJION H Goodfellow y E Tahti Industrial ventilation Academy Press 2001 F Incropera Fundamentos de Transferencia de calor Mexico Prentice Hall 1999 D Esparza Hilatura Lanera Ibarra 2009 SMA Informacion tecnica SMA 2013 En l nea Available www technosun com es descargas SMA disyuntor dimensionado ES pdf S amp Palau Catalgo ventilacion 8 04 2014 En l nea Available http www construnario com catalogo soler palau sa catalogos J Welty Fundamentos de transferencia de momento calor y masa LIMUSA 2000 JNG Gu a pr ctica de selecci n y puesta en marcha de variadores de velocidad Sinamics G110 Micromaster 420 2013 En l nea Available http www ngdelecuador com SITEC 20FEBRE RO 20009 pdf Siemens Instrucciones de uso SINAMICS G110 2013 En l nea Available http cache automati
11. control de calidad del proceso de carbonizado Tabla 8 Tiempo y temperatura para el carbonizado Tiempo Temperatura mia C Observaciones 8 120 Lana quemada en su mayor a en la superficie 9 120 Lana bastante quemada 10 115 Lana quemada en la superficie 11 115 Lana ligeramente quemada en la superficie Lana presenta pocas quemaduras y restos 12 110 vegetales internos sin carbonizar Lana poco quemada y algunos restos vegetales 13 110 grandes poco carbonizados Lana ligeramente quemada y restos vegetales 14 105 grandes poco carbonizados 15 105 Lana ligeramente quemada en la superficie 16 100 Restos vegetales no carbonizados 17 100 Restos vegetales carbonizados solo en la superficie Lana ligeramente quemada y restos vegetales 18 105 E grandes internos no carbonizados Lana ligeramente quemada en la superficie 19 105 i restos carbonizados 20 110 Lana quemada en la superficie Con las observaciones de la tabla 8 se proceder a realizar un control de calidad de la lana en el carbonizado del horno En la calibraci n del sistema total se logr encontrar los par metros adecuados para el proceso de carbonizado de la lana con las caracter sticas propias que recibe ESPATEX La temperatura del horno es de 105 C y la el tiempo de permanencia de la lana de 19 minutos Tabla 9 Resultados control de calidad de la lana Calidad de lana Par metros Porcentaje de lana quemada en la superficie Porcentaje de impurezas luego del abrid
12. dentro de la m quina est n protegidos contra cortocircuitos sobrecargas y fallas por aislamiento La corriente del disyuntor es igual a la sumatoria de las corrientes nominales de los componentes el ctricos de la m quina lnax leiementos Imax variador Iventiladores Iguemador lestractor liement de control Lmax 35A 4 1 84 34 1A 3A Lmax 49 2A Se debe tomar en cuenta que el disyuntor va a realizar un trabajo continuo a una temperatura menor a 40 grados cent grados por lo que se debe multiplicar la corriente nominal del disyuntor por un factor de desclasificaci n de 1 07 por la temperatura y de 0 9 por trabajo continuo y el resultado debe ser mayor a la corriente de la carga que se requiere proteger 7 Imax laisyuntor gt 0 9 1 07 49 2A Iaisyuntor gt 09x107 51 094 El disyuntor comercial que cumple con los requerimientos de corriente es el de 63A sin embargo la corriente m xima que va a proteger este disyuntor es de IdiSYmax 63A 0 9 x 1 07 60 674 DESCRIPCI N DEL FUNCIONAMIENTO Una vez ingresada la lana al interior de la tolva el operario debe encender la m quina presionando el bot n de arranque ON En este momento se debe calentar al horno hasta una temperatura de 120 grados por lo cual es necesario encender los ventiladores y el quemador de di sel adem s se encender una luz piloto verde indicando que la maquina se encuentra encendida Se enciende el motor pri
13. ncipal el cual pone en movimiento al sistema de alimentaci n de la lana y a la banda transportadora a cierta velocidad con el fin de que la lana ingrese al horno cuando este haya llegado a la temperatura requerida Luego de este momento la velocidad disminuye manteniendo un ingreso de lana constante permaneciendo est en el horno alrededor de 19 minutos a una temperatura entre 105 y 120 grados cent grados Al finalizar el proceso de carbonizado el operario deber apagar la maquina presionando el bot n de paro OFF en este momento se apagara el quemador y el motor principal dejando encendido los ventiladores durante 5 minutos para que el horno se enfri lo m s pronto posible Cuando la llama del quemador de di sel no llegue a prenderse o se apague por cualquier motivo se pondr en alarma el sistema apagando el quemador de di sel el motor principal encendiendo el indicador rojo y luego de 5 minutos se apagaran los ventiladores Se podr poner en marcha la maquina reiniciando el quemador de di sel y realizando el encendido normal El sistema consta con un paro de emergencia el cual realizara un apagado total de la m quina para volver a reiniciar a la maquina se deber desactivar el paro de emergencia y volver a encender de forma normal la m quina III CALIBRACI N Y RESULTADOS Se realiz una prueba de tiempo y temperatura para que la lana sea carbonizada correctamente Bajo estos par metros se podr llevar un
14. ntra ingresando de manera tabla 5 1 de Incropera de una pared plana Con estos datos se continua Estado Estable El calor impartido a la carga se analiz el tiempo que se demora la lana en alcanzar 120 C representa por la siguiente ecuaci n para diferentes espesores de lana Q m Cp AT D nde Q calor impartido a la carga W m masa del Tempe ratura vs Tiempo elemento a calentar kg Cp calor espec fico del elemento gt JAkg K AT Variaci n de temperatura del elemento K Se calcula potencia t rmica requerida por el sistema en estado transitorio y en estado estable El horno no debe de tardar m s de 20 minutos para pasar de la temperatura ambiente a la temperatura requerida de 120 C La potencia t rmica en estado transitorio es de 25 kW y en estado estable es de 22 92kW rr Q Ol ha rus U a E 3 C LCULO DEL TRANSITORIO DE LA LANA Cuando se altera la temperatura superficial de la lana la temperatura en varios puntos de la misma comenzar a A 10 15 20 cambiar hasta que se alcance una distribuci n de temperaturas Tiempo min en estado estable o en otras palabras que todo el espesor de la A 5 cm de la superficie A 4 cm de la superficie lana se encuentre entre los rangos de temperatura requeridos A 3 cm de la superficie A 1 cm de la superficie En la superficie A 2 cm de la superficie Para conocer cu nto tiempo se demora la lana legar a la Fig
15. on siemens com dnl Tg2Mz14 NzcA_22102965_HB G110_OPI 22102965_SP pd f Scribd IEEE Std C37 40 2003 2013 En l nea Available http www scribd com doc 139144097 TEEE std C37 40 2003 13 14 15 Siemens Siemens Image Database 2013 En l nea Available http www automation siemens com bilddb index aspx ltimo acceso 09 08 20131 F Gauge Manual de usuario 2013 En l nea Available http www fullgauge com es PDF MT 622Ri pdf ltimo acceso 09 08 2013 Fabricables Conductores aislados tipo TF y TW 60 C 2006 En l nea Available http www fabricables com tf html ltimo acceso 09 08 2013
16. on una relaci n de transmisi n de 85 5 la cual se utiliz a la salida del motor de 4 polos Nbaja 85 5 Ncaja Ncaja 2 1rpm Utilizando la frecuencia m nima de trabajo del variador de frecuencia se obtuvo una velocidad a la salida de la caja reductora de 2 1 revoluciones por minuto para la velocidad con la que debe de girar el rodillo de la telera se debe encontrar la relaci n de transmisi n Ncaja caja tel gt 4 79 icaja telera ERT Debido al espacio f sico se va a dise ar una relaci n de transmisi n de 2 pasos en el primer paso se realizara una relaci n de transmisi n de 3 en el segundo paso una relaci n de transmisi n de 1 6 Los dos pasos dar n como resultado una relaci n de transmisi n de 4 8 la requerida por el sistema La velocidad del rodillo de la telera con sistema de transmisi n seleccionado es Ncaja Ntelerafinai E Ntelerafina 0 439rpm Desde el rodillo de la telera se va a transmitir el movimiento hacia el rodillo de la banda transportadora y hacia el rodillo de alimentaci n La relaci n de transmisi n para obtener la velocidad de la banda transportadora ser Ntelera_final ltelera banda 7 Wada 2 437 Para obtener la relaci n de transmisi n de 2 4 por lo que la velocidad del rodillo de la banda transportadora final es de 0 183 rpm De la misma forma se calcula la relaci n de transmisi n requerida para los rodillos de alimentaci n Ntelera_final ma
17. or de fardos Porcentaje de impurezas luego del cardado Con la implantaci n de la m quina se reduce la utilizaci n de mano de obra en un 60 durante el proceso de carbonizado se aumenta en un 9 el carbonizado de los restos vegetales y Para lograr esto los par metros del tiempo y la temperatura de horneado son de 19 minutos y 105 C respectivamente En la figura 10 podemos observar el punto de equilibrio entre el tiempo y la temperatura 120 1107 100 4 Temperatura 90 1 ll 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tiempo 80 Figura 10 Punto de equilibrio Iv CONCLUSIONES Se implement exitosamente el horno autom tico con alimentaci n continua para el proceso de carbonizado en la empresa ESPATEX el cual se encuentra trabajando actualmente Se pudo determinar que debido a las propiedades de la lana esta se enreda en los diferentes componentes del sistema de alimentaci n y no llega al horno homog neamente Esto provoca que el horno procese 43 kg d a sin embargo con mejor materia prima producir a 60 kg d a Debido a que la lana es un aislante t rmico el espesor juega un papel importante en el proceso de carbonizado el cual no debe superar los 10 cm para que alcance una temperatura requerida en todo su volumen Para lo cual el sistema alimentaci n est constituido por rodillos que giran a diferentes velocidades y presentan guarniciones con inclinaciones determinadas l
18. os cuales peinan a la lana y dosifican su espesor Las velocidades de alimentaci n y transporte deben mantener la relaci n de velocidades 2 4 De esta manera se evita el abultamiento en la transici n del sistema de alimentaci n hacia la banda transportadora se evita la quemadura de la lana por temperaturas superiores a los 110 grados cent grados Adicionalmente se logra un aumento en la producci n de un 32 Para la construcci n del horno se necesit de una mayor experiencia en la parte pr ctica y debido a la falta de informaci n en la dosificaci n del espesor de la lana en el sistema de alimentaci n se investig por medio del m todo ensayo y error hasta lograr reducir el espesor de la lana lo cual hizo a esta etapa una de las de mayor duraci n V RECOMENDACIONES Para lograr un mejor control sobre el espesor de la lana se debe aumentar un movimiento pausado que alimente la lana a la telera para evitar su acumulaci n en la extracci n de la lana Extender las dimensiones del horno en un 30 con el fin de incrementar la velocidad de alimentaci n y transporte para obtener una producci n de 60 kg d a de lana Se recomienda que el sistema de alimentaci n sea ascendente con lo cual se logra una mejor dosificaci n de la lana evitando abultamiento en los rodillos Se podr a utilizar el horno para trabajar en otros procesos como el secado de gorros secado de madejas de hilatura entre otras La empresa ESPATE
19. quema del sistema de alimentaci n TRANSPORTE Y MOVIMIENTO La banda transportadora gira a una velocidad lineal de 0 158 m min para tener una alimentaci n continua la telera encargada de la alimentaci n tiene que girar a la misma velocidad y para que ocurra una entrega de lana de los rodillos a la telera la telera debe de tener una velocidad l nea de 3 o m s veces mayor que los rodillos de alimentaci n El sistema de reducci n deber ser dimensionado de tal manera que los diferentes componentes de la m quina giren a la velocidad angular calculada y que tengan la fuerza necesaria para transmitir este movimiento Tabla 4 Velocidades angulares de los componentes de la m quina Componente Velocidad angular E RPM Rodillo banda 0 18 transportadora Rodillos de alimentaci n El motor que se va a instalar es de 4 polos el mismo que ser conectado a un variador de frecuencia la m nima frecuencia que recomienda el fabricante para utilizar en el motor es de 6Hz debido que a frecuencias bajas el motor tiende a calentarse 120 F P D nde N Velocidad en rpm del motor rpm F Frecuencia de trabajo del motor Hz P Numero de polos del motor adimensional El variador de frecuencia podr trabajar desde 6Hz hasta los 60Hz por lo que las velocidades del motor ser n 120 6 Nraja 180 rpm 120 60 Nalta a 1800 rpm La empresa ESPATEX presentaba en sus instalaciones una caja reductora c
20. selecciona el motor el ctrico con las siguientes caracter sticas Tabla 5 Datos t cnicos del motor del sistema de transporte y alimentaci n P20VAC 05 pulgadas 1800 RPM SELECCI N Y DIMENSIONAMIENTO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA Se debe calcular el factor de correcci n de la altitud para la corriente de salida del variador seg n la norma IEEE C37 40 H 1000 1000 ACF 1 0 02 D nde H altitud en metros ACF 0 976 El factor de correcci n por temperatura es de 0 952 bajo la norma IEEE C37 4 por lo que la corriente real que va a transmitir el variador de frecuencia esta representado por la siguiente ecuaci n L gt 200 m s n m variador ACF TCF D nde Ivariador corriente nominal del variador A ACF factor de correcci n por altitud adimensional TCF factor de correcci n por temperatura adimensional 200 m s n m 7 8A 0 976 X 0 952 D200 m s n m 7 25A Tabla 6 Corriente variadores Siemens SINAMICS G110 a diferentes alturas 1000 2200 m s n m m s n m I nominal 2 hp 7 25 A I nominal 3 hp 10 22 A El motor presenta una corriente nominal de 7 3 A por lo que se debe seleccionar un variador de frecuencia de 3 hp SELECCI N DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL Conociendo los principales elementos el ctricos del dise a se analiza los elementos de control que har n posible el funcionamiento aut nomo de la m quina para lo cual es necesario determinar las se ales de entrada y
21. ternativas la primera utilizando 2 rodillos con aletas y la segunda utilizando 3 rodillos con guarniciones de lana Por razones de costo se utilizaron los rodillos con aletas para el sistema de alimentaci n Como se indica en la siguiente figura D Figura 5 Extracci n de lana por medio de rodillos con aletas Con este sistema los rodillos alimentan la lana de manera homog nea desde la tolva hacia la banda transportadora sin embargo la lana que ingresa presenta un espesor de 20 cm y no cumple con el requerimiento de dise o t rmico de 10cm de espesor como m ximo Se redujo la separaci n de los rodillos de alimentaci n desde 5cm hasta 0 5cm entre ellos y no se observaron cambios significativos en el espesor sin embargo el torque que necesitaban los rodillos para alimentar la lana aumento considerablemente Por lo que se realiz la implementaci n similar a los 3 rodillos con guarniciones de una carda Para obtener resultados adecuados en la alimentaci n con este sistema se debe tener en cuenta 4 puntos Sentido de giro entre los rodillos Sentido de las guarniciones Sim trico o asim trico Relaci n de velocidades entre rodillos Distancia de separaci n entre rodillos Las fibras de lana encontradas en el interior de la tolva no han sido trabajadas ni abiertas raz n por la cual se seleccionan guarniciones r gidas para los 3 rodillos de alimentaci n de la tolva TRABAJADOR LIMPIADOR AA 1 TAMBOR
22. tes caracter sticas Tabla 2 Propiedades mec nicas acero seg n ASTM fluencia ASTM A36 250 MPa ASTM A500 320 MPa Como se tiene el factor de seguridad y el l mite de fluencia de los materiales se debe encontrar el esfuerzo con la siguiente relaci n S E AS Despejando de la relaci n Ox Mxc z Tmax A Ox T D nde M Momento cortante J c Distancia del eje neutro mm I Inercia mm 01 Para calcular inicialmente se utiliza un perfil de 2 mm de espesor de secci n cuadrada se obtiene c NES Tmax I M y e ES 7 OESTE wt w 2t w 2t 3 FExl W TZT 12 D nde w dimensi n del perfil mm t espesor del perfil t F fuerza N 1 distancia a la fuerza mm Sy Resistencia a la fluencia MPa w 2 MPa _0 5 320 MPa 9 2 _ 2 33 2 33 wt w 2t w 2t 882 594 N 215 mm ME 12 w 26 mm Tabla 3 Dimensiones de perfiles T Dimensi n Dimensi n f Espesor mm calculada mmi comercial mm 40 ASTM A36 ASTM A500 La selecci n del perfil es un acero seg n la norma ASTM 500 grado C el cual cumple con el factor de seguridad La disponibilidad del material en el mercado local siendo un perfil cuadrado de 30 mm y 1 5 mm de espesor Recalculando para las dimensiones comerciales del perfil seleccionado se obtiene un factor de seguridad de 2 56 ALIMENTACI N Para el ingreso autom tico de la lana desde la tolva a la banda transportadora existen dos al
23. ura 3 Distribuci n de temperaturas vs tiempo a diferentes temperatura requerida es necesario calcular el n mero de espesores Biot Toda la lana a partir de los 7 5 minutos se encuentra entre los rangos de temperatura requeridos 100 a 120 grados cent grados manteni ndose en el interior del horno a esa temperatura 7 5 minutos m s aproximadamente Recalculando las dimensiones del horno para un tiempo de horneado de 19 minutos se deber aumentar la longitud inicial del horno de 2 4 metros a 2 8 metros SELECCI N DE LA FUENTE ENERG TICA Se analizan los costos para producir la potencia t rmica requerida utilizando los precios de las fuentes energ ticas a la fecha del proyecto obteniendo los siguientes resultados Tabla 1 Costos de las fuentes energ ticas Costo mensual de la producci n mensual de potencia t rmica Fuente Energ tica Costo mensual USD Electricidad 436 57 Se selecciona un quemador de di sel Riello F5 el cual produce una potencia t rmica de 30 60kW siendo suficiente para nuestro sistema DISE O ESTRUCTURAL Una vez conocidos todos los elementos que van a ir sobre el horno se requiere calcular las fuerzas que act an sobre la estructura causadas por dichos elementos con el fin de calcular las dimensiones adecuadas de los elementos estructurales Figura 4 Fuerzas de la secci n Los materiales existentes en el mercado son el acero ASTM A36 y ASTM A500 para los cuales tenemos las siguien
Download Pdf Manuals
Related Search