Transporte Neumático para Granos de Cafe
Transporte Neumático para Granos de Cafe
Transporte Neumático para Granos de Cafe
BUCARAMANGA
2015
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMATICO
PARA GRANO DE CAFÉ PERGAMINO CON SISTEMA DE LLENADO Y
PESAJE DE SACOS
Ingeniero Mecánico
Director
Ingeniero Mecánico
BUCARAMANGA
2015
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4
5
6
DEDICATORIA
En la vida nada es posible sin la voluntad de Dios, por eso es necesario fortalecer los cimientos del
conocimiento y aún más los valores que guían nuestras vidas, pues no todos tenemos la
oportunidad y la habilidad para transitar por estos senderos de conocimiento y valores tan
valiosos en la formación de un modelo que ha futuro haga diferencia.
Por eso en primera instancia quiero dedicar mi trabajo de grado a Dios, fuente de vida y guía
espiritual, sin su voluntad no hubiese sido posible culminar esta importante etapa de mi vida.
De igual manera a mis papis, Luis Alfonso Coy Camargo y Paulina Granados Sánchez de quienes
he recibido su apoyo incondicional, son ellos los que me han enseñado a soñar y me han
demostrado que con esfuerzo y dedicación todo es posible en la vida, además han sabido guiarme
por el camino del éxito dándome su apoyo moral para culminar cada una de las etapas de mi vida
y desde el seno de hogar fueron ellos los primeros en iniciar mi formación como persona,
inculcando siempre la humildad, la sencillez, el respeto, la responsabilidad y demás valores que
son vitales en la formación tanto personal como profesional, son las personas que con su esfuerzo
y dedicación me han venido abriendo paso por el arduo camino de la vida hasta obtener la
siempre soñada y anhelada felicidad, convirtiéndose así en fuente de mi inspiración para
culminar cada una de las metas que me he trazado.
También a Lina Mayerli Coy Granados mi hermana quien ha sido participe de mis alegrías al
igual que de mis tristezas, siempre me ha brindado su apoyo incondicional y esas palabras de
aliento para afrontar los momentos difíciles, además fue esa personita que siempre me motivo
para culminar mi carrera como ingeniero Mecánico y de esta manera hacer realidad uno de los
sueños de mis papis, ver a sus hijos formados íntegramente y como todos unos profesionales.
“Benditos sean los obstáculos el poderlos vencer es la satisfacción de mi vida, gracias Dios mío”
7
AGRADECIMIENTOS
Doy gracias a Dios primeramente, por su infinita bondad y por regalarme el don de la vida, a mis
papis y a mi hermana personas que me han acompañado durante todo mi proceso de formación
como persona y hoy como profesional.
También quiero brindar los más sinceros agradecimientos a mis compañeros los de: “la Plaguita;
Karen Astrid Rojas Parra, Miguel Ángel Gonzales Pineda, Jhon Jairo Aguilón Niño, Raúl Antonio
Corredor Báez, Eduard Yesid Chacón Lamus, y Andrey Mauricio Santos Combariza”, personas con
las cuales compartí aparte de una aula de clase, gratos y amargos momentos y de quienes me llevo
inolvidables recuerdos, además les agradezco porque como siempre les mencione se convirtieron
en mi segunda familia en esta importante etapa de mi vida… la formación como profesional.
De igual manera quiero agradecer a mi compañero de tesis Carlos Eduardo Acosta por su
comprensión, por su confianza y por su apoyo para haber podido terminar satisfactoriamente este
proyecto.
8
DEDICATORIA
A Dios y a la Virgen por permitirme la vida, salud y fortaleza para alcanzar mis objetivos.
A mi madre Rosaura Mateus Mateus por su incondicional apoyo y comprensión durante
todo este proceso, a cada uno de los consejos recibidos durante toda mi vida, pues ellos
fueron parte indispensable en mi crecimiento personal.
A mi padre Baldomero Acosta Coy por toda su colaboración y compromiso los cuales
hicieron posible alcanzar este logro en mi vida.
A mis hermanos por todo su apoyo y colaboración quienes han estado a mi lado en todos los
momentos en los que los he necesitado.
A mi novia Lizeth Dayanna Cardozo Rodríguez y a mi hijo Ethan Sebastián Acosta Cardozo
por ser ese apoyo y amor incondicional en el día a día y convertirse en la nueva inspiración
y motor de mi existencia.
A mis suegros Luis Severo Salas y Yardley Rodríguez por abrirme las puertas de su casa,
brindarme su amistad y permitirme ser un miembro más de su familia. Por todo su apoyo, el
cual fue de vital importancia durante estas últimas etapas de mi carrera.
Finalmente a todas aquellos compañeros y amigos de la universidad quienes me brindaron
su amistad y apoyo durante todo el proceso de formación profesional.
9
AGRADECIMIENTOS
Al ingeniero Julian Ernesto Jaramillo Ibarra, director del proyecto de grado por su
orientación y colaboración.
A la Cooperativa Cafetera del Nororiente Colombiano por su colaboración y permitirnos
realizar las pruebas del equipo al interior de sus instalaciones.
10
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION ............................................................................................................. 22
4. CAFE ........................................................................................................................ 28
11
6.1 SELECCION DE LA ALTERNATIVA ADECUADA ............................................. 41
7.1 FLUIDIZACION.................................................................................................. 46
12
8.2 SISTEMAS DE CONDUCCIÓN DE MATERIAL................................................. 69
13
11.1.2 Cálculo de velocidad de ruptura. .................................................................... 92
14
19.4.1 Simulación de flujo en el ciclón. ................................................................... 133
15
LISTA DE FIGURAS
16
Figura 27: Relación entre cantidad de material dosificado y revoluciones de la válvula
rotativa. ............................................................................................................................ 73
Figura 28: Válvula de desvío. .......................................................................................... 74
Figura 29: Alimentador Tipo Venturi................................................................................. 75
Figura 30: Boquilla de succión. ........................................................................................ 76
Figura 31: Distintos tipos de ciclones. .............................................................................. 78
Figura 32: Parámetros geométricos del separador ciclónico standard. ............................ 81
Figura 33: Dimensiones ortogonales de un grano de café pergamino.............................. 89
Figura 34: Geometría de un ciclón. ................................................................................. 96
Figura 35: Tubería de transporte de material. ................................................................ 101
Figura 36: Tolva para almacenamiento de material. ..................................................... 105
Figura 37: Bascula electrónica ....................................................................................... 106
Figura 38: Diagrama cuerpor libre de la mezcla grano de café y el fluido de transporte.107
Figura 39: Ubicación de placa de características motor eléctrico para un. .................... 120
Figura 40: Ventilador centrifugo de alta presión. ............................................................ 123
Figura 41: Curva característica del ventilador. ............................................................... 123
Figura 42: Bastidor principal. ......................................................................................... 124
Figura 43: Fuerzas sobre el bastidor.............................................................................. 125
Figura 44: Diagrama de corte carga y momento. ........................................................... 126
Figura 45: Datos del perfil en L. ..................................................................................... 127
Figura 46: Análisis de tención de Von Mises. ................................................................. 129
Figura 47: Análisis de desplazamiento. .......................................................................... 130
Figura 48: Análisis de factor de seguridad. .................................................................... 130
Figura 49: Análisis de tención de Von Mises. ................................................................. 131
Figura 50: Análisis de desplazamiento........................................................................... 132
Figura 51: Análisis de factor de seguridad. .................................................................... 132
Figura 52: Malla de simulación. ..................................................................................... 133
Figura 53: Líneas de flujo del ciclón. .............................................................................. 134
Figura 54: Construcción ciclón. ..................................................................................... 136
Figura 55: Construcción, ensamblaje tolva y soportes. .................................................. 136
Figura 56: Acabado y pintura ciclón, tolva..................................................................... 137
Figura 57: Construcción base estructura. ..................................................................... 138
Figura 58: Ensamblaje del sistema. ............................................................................... 138
17
Figura 59: Sistema de transporte neumático en funcionamiento. ................................... 139
LISTA DE TABLAS
18
LISTA DE ANEXOS
19
RESUMEN
DESCRIPCION:
El café es uno de los productos alimenticios insignia de Colombia a nivel internacional, debido a
esto un amplio porcentaje de la población colombiana se ha dedicado al cultivo, producción y
comercialización de este producto. Por tal motivo, nace la necesidad de investigar, diseñar y construir
equipos que contribuyan a tecnificar el sector agrícola cafetero con el fin de agilizar y aprovechar
cada uno de los subproductos obtenidos durante el proceso de extracción de un grano de café
de la mejor calidad. Por esta razón, se decidió realizar el diseño y construcción de un equipo con
sistema de transporte neumático con capacidad de transportar, ensacar y pesar 2000 Kg de grano
de café pergamino en un tiempo de 1 hora, logrando así optimizar el proceso que ha venido
realizándose en forma manual por un número considerable de operarios, lo cual se logra a partir
de implementar presiones de vacío (succión).
La selección de este sistema de transporte sobresale sobre otras alternativas de transporte de
alimentos debido a los requerimientos presentes dentro de las instalaciones para las cuales va a
ser ubicado, además de una mayor eficiencia en la recolección reduciendo el uso de tolvas de gran
tamaño para almacenamiento que si requerirán en otros sistemas de transporte.
Se busca que el equipo sea una maquina con un costo asequible y que sea un producto que genere
un interés por parte de diferentes instituciones cafeteras, las cuales se puedan estar interesadas en
tener un equipo de estos al interior de sus centros de recolección, pues esta máquina será un
sistema que tendrá facilidad de transporte, operación y mantenimiento a bajo costo. Además de
conservar las características físico-químicas del café sin afectar en ningún momento su calidad. Se
espera que a mediano plazo este equipo pueda ser implementado no solo en los centros de acopio
de las cooperativas de cafeteros, sino que también sea implementado al interior de las fincas
productoras de café.
*Proyecto de grado
† Facultad de Ingenierías Físico- Mecánica. Escuela de Ingeniería Mecánica. Director Julián Ernesto Jaramillo
Ibarra
20
ABSTRACT
The selection of this kind of transport excels over other transport alternatives, due to the actual
requirements within some grain recollection plants where it will be located, also of a greater efficiency
in the recollection process with the decrease of the use of large storage hoppers of grain before
to be transported by suction air current.
We want to search that this equipment has an affordable cost and that this product could be of interest
for different coffee institutions who want to purchase the product, inasmuch as machine will be easy
to transport, to operate and to do the maintenance with low cost. Also it will keep the main physical
and chemical characteristics that the Colombian grain coffee has, without affecting the quality. We
hope that medium term this equip can be used in every storage center together to the different coffee
fields.
* Graduation Project
† Faculty of Physics – Mechanic. School of Mechanic Engineering. Director Julian Ernesto Jaramillo Ibarra
21
INTRODUCCION
* Perry R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition, 1997.
22
1. DESCRIPCION DEL PROYECTO “DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN
SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMATICO PARA GRANO DE CAFE
PERGAMINO CON SISTEMA DE PESAJE Y LLENADO DE SACOS”
23
automatizada, con el fin de implementar y comercializar dicho sistema en los
centros de acopio distribuidos a lo largo de la región.
24
2. JUSTIFICACION PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA
25
3. OBJETIVOS DEL TRABAJO DE GRADO
26
3.1.1 Objetivos específicos
27
4. CAFE
El café ha sido una de las bebidas más aceptadas a través de los siglos, dada sus
características únicas e inconfundibles como lo son su aroma y sabor estimulante
obtenidos a partir de un grano tostado y molido. El uso de este grano data
históricamente alrededor del año 675 d.c en India y países Árabes. El producto se
empezó a preparar en forma similar a la preparación de vino. Por ello recibió el
nombre “nombrekahwa”, siglos después este producto fue extendido a Egipto,
Turquía en donde su nombre fue cambiado por “akahvé” esto debido a los idiomas
manejados en estos países. Viajes posteriores a través de estos países permitieron
el ingreso de este grano al contiene europeo, dentro de estas travesías e
innumerables historias de posibles personajes que incursionaron el grano de café
a Europa se refieren al Botánico sueco Carlos de Linno de llevar este producto a
países europeos en el siglo XIV y así dar su nombre final a este producto, el cual
fue clasificado y extendido a países alrededor del mundo*.
4.1.1 Leyenda del café. El pastor, intrigado por lo que ocurría, decidió llevar las
muestras de hojas y frutos a un monasterio llamado Cheodet, donde los monjes por
curiosidad pusieron los granos a cocinar. Al probar la bebida, les pareció tan fea
que arrojaron al fuego los restos de la infusión. Pero los granos, a medida que se
quemaban, despedían un agradable aroma†. Los monjes intentaron entonces volver
a preparar una bebida con los granos tostados y quedaron fascinados con el
resultado. Al tomarse el café, las oraciones de los monjes ya no fueron suaves y
†Pendergrast. Mark. El café: historia del grano que cambio al mundo. Editorial Javier Vergara S.A. Buenos
Aires. 2002.
28
tranquilas sino llevadas a coro con alegría. La leyenda cuenta que el abad del
monasterio le dio el nombre de Kaaba a la bebida, que en árabe quiere decir piedra
preciosa de color café.
29
4.2 HISTORIA DEL CAFE EN COLOMBIA
4.2.1 Caracterización del café. Para el cultivo de café se debe reunir una serie
de características previas que permitan obtener un desarrollo de la planta y grano
de café de óptimas condiciones de calidad, para ello se deben seleccionar climas
tropicales con características especiales de temperatura, presión, altitud y
30
propiedades del suelo donde será sembrada. Estas condiciones se encuentran
generalmente entre 1200 y 1800 metros de altura sobre el nivel del mar con
temperaturas de 19 a 21,5 grados centígrados, una concentración de agua de riego
de 120 milímetros mensuales, zona de cultivo donde predomine un aire húmedo y
condiciones solares en la cuales llega el sol entre 1600 y 2000 horas de sol al año.*
Con estas condiciones se logran realizar cosechas durante todo el transcurso del
año en las diferentes regiones de Colombia.
El fruto de café denominado café cereza está compuesto por: una pulpa formada
por una epidermis (pericarpio) que le da el color rojo característico que depende del
grado de maduración del fruto, envuelto por esta epidermis se encuentra el
mucilago (mesocarpio) que es una capa gruesa de tejido esponjoso que posee un
espesor aproximado de 0,5 mm, al interior de este mucilago se encuentran dos
granos enfrentados por su cara plana denominados almendras los cuales poseen
un revestimiento de doble membrana: la primera de las membranas de denomina
pergamino (endocarpio) la cual es de un color amarillo pálido con una consistencia
dura y frágil, la segunda membrana denominada película plateada que es más
delgada y está completamente adherida al grano (albumen) (figura 2).
* ROA. G. BENEFICIO ECOLÓGICO DEL CAFÉ COLOMBIANO. ed. Cenicafe, 1999. P. 13.
31
Figura 2: Composición de café cereza.
Fuente: http://www.nuestrocafe.com.
32
6. Tostado: se retira cascara pergamino y se realiza tostado lo cual generara el
sabor y aroma característico del café.
33
5. SISTEMAS DE TRANSPORTE DE GRANO
Este tipo de sistemas de transporte tiene como función principal recibir el producto
en forma continua y conducirlo hasta un punto de descarga, son sistemas de
funcionamiento sencillo ampliamente utilizadas a nivel industrial en el transporte de
bultos o cargas separadas como materiales a granel en líneas de procesos donde
funcionan de manera automática sin la necesidad de tener ningún operario
realizando un control continuo de dicho equipo. Estos sistemas constan
esencialmente de una banda flexible, un tambor impulsor, un tambor tensor, rodillos
de apoyo tensor, motor de baja potencia, dispositivos de carga y descarga,
dispositivos limpiadores de banda. Todo esto dispuesto sobre un bastidor metálico
diseñado adecuadamente, lo cual facilita la comercialización y manufactura por
parte de la industria local.
34
Este tipo de maquina a pesar de ser un método de transporte muy utilizado,
presenta una serie de parámetros que dependiendo de las aplicaciones resultan
adecuados para el manejo del material, como la selección adecuada del tipo de
banda a implementar, sistemas de alimentación continuos, dentro de los pocos
inconvenientes que presenta su implementación se encuentra la ausencia de
conductos herméticos que evitan la volatilización e inhalación de material
pulverulento y pérdida de material durante su transporte (figura 4).
Fuente: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/.
35
transportar ya que no se debe utilizar para transporte de materiales de gran
dimensión, abrasivos o pegajosos. Según su modo de empleo pueden ser
dispuestos en dirección vertical, horizontal u oblicua.
Los principales componentes de este tipo de sistemas son: un tornillo sin fin
soportes intermedios para el eje, bridas de unión, bocas de alimentación y
descarga, tapa superior y unidad motora de accionamiento (figura 5).
Fuente: http://www.flexcomltda.com/.
36
Según el tipo de descarga (centrifuga, por gravedad, positivos)
37
Figura 6: Sistema de transporte por canjilones.
Fuente: http://www.beumergroup.com
38
Figura 7: Sistema de transporte tubular.
Fuente: http://www.codols.com/.
39
Comparado con los sistemas de transporte mecánicos, este sistema presenta
algunas ventajas tales como:
Manejo hermético de las líneas de proceso con lo cual se eliminan las pérdidas
de material y crean ambientes de trabajo limpios.
Espacios de trabajos pequeños con relación a otros sistemas de transporte.
Reducción de costos de mantenimiento
Automatización rápida
Capacidad y longitud de transporte muy variadas
Fuente: http://www.kongskilde.com/.
40
6. SELECCION DEL TRANSPORTE NEUMATICO
Dado que esta modalidad de maquina a construir poseerá un peso significativo una
vez entra en funcionamiento, se opta por considerarla como una maquina móvil
que en la medida de las posibilidades sea desplazada en forma segura al área de
41
trabajo. Además, cabe resaltar que la mayoría de las piezas utilizadas en la
construcción de esta máquina son de fácil adquisición y manufactura en el mercado
local, lo cual también incurrirá en la realización de un mantenimiento más sencillo
para la máquina.
42
tengan tendencia a adherirse, ya que la tubería podría quedar obstruida por el
apelmazamiento del material, también está limitado su uso a materiales con baja
fragilidad y baja abrasividad debido a que el material puede romperse al chocar con
la tubería y con otras partículas, la abrasividad es un factor a tener en cuenta
especialmente en los codos, debido a que en éstos elementos puede darse un
desgaste excesivo.
El transporte neumático puede ser usado con una gran cantidad de productos, como
arena, cemento, harina, productos químicos y productos alimenticios, entre otros.
Debido a que el transporte se realiza mediante tuberías, es en general un proceso
bastante limpio tanto para el producto como para el ambiente. Con las normas
medioambientales actuales se convierte en una alternativa importante en diversos
procesos industriales, además permite una gran flexibilidad en los recorridos,
cambios de dirección y una fácil automatización lo que reduce los costos asociados
al proceso de producción*.
* MIXTO DE DOS ETAPAS PARA CEREALES. Trabajo de grado para otorgar el título de ingeniero mecánico.
Bucaramanga. universidad industrial de Santander. Facultad de ingeniería fisico-mecanica. Escuela de
ingeniería mecánica. 1999. P.29.
43
éstos se encuentran apilados. La cantidad de material que se puede transportar
depende fundamentalmente de dos factores; el primero es la caída de presión que
se puede dar en la línea de transporte y el segundo es el diámetro de la tubería.
Generalmente la caída de presión depende de las características del elemento
soplante, pero un buen diseño debe jugar con la combinación de ambos parámetros;
no existe una combinación general que permita transportar todos los materiales de
manera satisfactoria, cada producto posee características especiales y la decisión
final a menudo se ve influenciada por factores indirectos, como son los costos
iniciales del transportador o los costos de producción.
44
Figura 9: Tubería dañada por flujo de material.
Fuente: https://www.google.com.co/search/tuberias.
En general los cereales poseen propiedades que los hacen fáciles de transportar
neumáticamente (Ver Anexo A), son algunos de los materiales más comunes en
éste tipo de transporte.
45
7. FUNDAMENTOS DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE NUEMATICO
7.1 FLUIDIZACION
Para lograr una relación intermedia en la cual las partículas no sean expulsadas y
que no se acumulen en la base del ducto, se buscan aquellas velocidades que
permitan a cada partícula estar suspendida de forma individual dentro del fluido,
permitiendo así que el lecho de partículas permanezca inmóvil en relación con las
paredes del ducto. Este último caso se denomina “lecho fluidizado” y en esto se
fundamentan los sistemas de transporte neumático. Dado este análisis se aprecia
que el parámetro importante que permite determinar si un lecho de partículas
46
presenta o no fluidización es la velocidad a la cual pasa el fluido a través del lecho
de partículas (figura 10).
47
7.1.1.1 Procesos:
7.1.1.2 Variables:
Para sistemas de mezcla solido – gas como el que se analiza en este documento
los lechos generalmente no son homogéneos, esto debido a que presenta
diferentes volumen de porosidad y burbujas (espacios formados entre las diferentes
partículas fluidizadas) ocasionando que las partículas salten aleatoriamente en el
seno de dicho lecho. Una vez que se aumenta el tamaño de las burbujas y estas
llegan a tener el tamaño del diámetro de tubería el comportamiento de las partículas
serán completamente diferentes pues acá se generara un acumulamiento
exagerado de partícula lo cual no permitirá que se presente una fluidización
48
adecuada. Este fenómeno se denomina formación de slugs. Estos diferentes
comportamientos clasifican a los dos diferentes sistemas de transporte neumático.
Grupos:
A. polvos de grano fino y baja densidad, buena fluidización y retención de aire.
49
B. granos medianos de densidad media, fluidifizables y retención de aire baja.
C. polvos finos de mayor densidad, cohesivos, difíciles de fluidificar con mala
retención de aire.
D. granulometrías gruesas, mayor densidad, no fluidifizables, sin capacidad de
retención de aire.
50
fase densa o fase diluida, pero estos valores dependen de la bibliografía que se
analiza. Otros autores simplemente definen su concepto de fase densa y fase
diluida, no existe un límite claramente visible para pasar de un tipo de transporte a
otro. Algunas veces se recurre a dos conceptos para diferenciarlos.
Para ello se utilizaran, las velocidades de bloqueo y ruptura para ductos verticales
y horizontales respectivamente, las cuales permiten establecer el límite entre el
transporte en fase diluida y en fase densa. Estos conceptos se definen en las
secciones siguientes considerando las relaciones entre la velocidad del gas, el
caudal másico de sólido y la caída de presión por unidad de longitud tanto en
transporte vertical como horizontal.
* PERRY R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition, 1997.
51
La velocidad de bloqueo marcara el límite entre el transporte en fase diluida y fase
densa para tuberías verticales. Este efecto de bloqueo se logra disminuyendo las
velocidades de fluido para un caudal de solido dado o manteniendo constante la
velocidad de fluido mientras se aumenta el caudal de material sólido.
2250 DT ( b 4.7 1)
f 0.77 (02)
Vbloq
VT
b
Donde:
Vbloq = velocidad de bloqueo
*
PERRY R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition, 1997.
52
7.3 VELOCIDAD DE RUPTURA EN TRANSPORTE HORIZONTAL
1
(1440d p )1.96
(1100d p ) 2.5
(
(1100d p ) 2.5
2)
(1100d p ) 2.5 1
4 m 10 g 2
D 2
Vrup g T
(03)
f
* PERRY R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition, 1997.
†
PERRY R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition, 1997.
53
Donde:
g=aceleración de la gravedad
Con el fin de minimizar la mayor cantidad de pérdidas por fricción, abrasión y costos
de operación lo más deseable es poder operar a la menor velocidad posible tanto
en ductos verticales como horizontales.
54
Figura 12: Patrones de flujo para transporte en tubería horizontal.
55
De acuerdo a este criterio existen lo siguientes sistemas de transporte neumático:
Una vez conocidas las siguientes relaciones, es necesario decidir qué sistema
utilizar, es decir, un sistema de “fase diluida” o baja concentración o un sistema de
“fase densa” o alta concentración.
*Velan. B. India. “Pneumatic Conveying System Types and Components”. POWDER. HANDLING &
PROCESSING. Volume 5. No. 4. November 1993. p. 311.
56
para el transporte y su alta velocidad permite un flujo continuo de gran cantidad de
material.
57
abrasivo, se pueden generar taponamientos debido a que el material crea una capa
sobre la superficie inferior de la tubería, lo que restringe el flujo (figura 14).
58
Tabla 2: Tipos de sistemas de transporte neumático.*.
Cuando se quiere transportar desde distintos puntos hacia un solo punto, se usa
un sistema de presión negativa.
Cuando se quiere transportar desde un punto hacia distintos puntos, se usa un
sistema de presión positiva.
59
Figura 16: Sistemas de transporte disponible para transporte neumático.
*Alden. J DESIGN OF INDUSTRIAL VENTILATION SYSTEMS. 5th Edition. Industrial Press Inc. New York.
1982 p. 186.
60
1) Cuando se transporta de forma continua, el material depositado en el recipiente
de almacenamiento debe ser retirado continuamente, esto se hace
generalmente mediante una válvula dosificadora en la base del mismo. Se
pueden presentar problemas debido a que el aire que entra a la unidad de
potencia puede ser obtenido a través de las fugas en ésta válvula y no del sitio
donde se encuentra el material a transportar.
2) El recipiente de almacenamiento debe ser diseñado para lidiar con el vacío del
sistema.
61
Figura 17: Sistema de presión negativa.
Fuente: http://www.dynamicair.com/pdf/9906-7-es.pdf
62
Figura 18: Sistema de presión positiva.
Fuente: http://www.dynamicair.com/pdf/9906-7-es.pdf
7.5.3 Sistema combinado Presión- Vacío. Los sistemas combinados ofrecen las
ventajas de los sistemas de vacío y presión positiva; la parte en vacío del sistema
remueve material de distintas tolvas, mientras que la parte presurizada alimenta
las partículas hacía varias tolvas de descarga. Los sistemas combinados, aunque
son ideales para muchas aplicaciones dentro de plantas industriales (figura 19),
son limitados en la distancia de transporte y en el rango del flujo del producto. Este
comportamiento es esperado dada las limitaciones de presión del sistema.
Pueden funcionar con una sola unidad de potencia pero en éste caso se debe tener
en cuenta que la diferencia de presión total del sistema (sección de vacío + sección
de presión) debe ser lograda con el mismo elemento. En el caso de que no sea
posible realizar el proceso con una sola unidad, se usan dos, la primera ubicada al
final de la etapa de succión y la segunda al inicio de la zona de presión se debe
poseer un sistema de filtrado al final de cada etapa para evitar daños internos a la
unidad propulsora y envío de material a la atmósfera. Adicionalmente, es
fundamental que el tamaño de la tubería en cada etapa del proceso sea
63
cuidadosamente escogido debido a que las condiciones de presión y de cantidad
de material (cuando se cuenta con dosificación al final de la primera etapa) pueden
ser muy diferentes.
Fuente: http://www.dynamicair.com/pdf/9906-7-es.pdf.
64
8. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMATICO
Los componentes son generalmente comunes para los dos tipos de sistemas “fase
diluida y fase densa” aunque los equipos utilizados en los sistemas de “fase densa”
son designados para manejar altas presiones en la operación.
65
intervalos en la tubería; de ésta forma se evita tener un solo equipo de gran tamaño
y poco rentable.
Los accesorios que posee el sistema son otra fuente importante de caídas de
presión. Las válvulas dosificadoras, los codos y las tuberías de diámetro reducido
generan un componente importante de los requerimientos de presión que debe
suplir la unidad.
66
8.1.2 Tipos de elementos soplantes. Dentro de los dispositivos más comunes
están: los compresores, ventiladores y sopladores:
Fuente:https://www.google.com.co/search?q=Características+de+variación+de+pr
esión+y+caudal+de+diversos+compresores&source.
67
ser usados en sistemas mixtos de presión y vacío, especialmente con materiales
ligeros y con poca adherencia.
Fuente:https://www.google.com.co/search?q=curva+caracteristica+de+un+ventilad
or&sour.ce
68
la tubería ocasionadas por el material depositado debido a disminución en el caudal
de aire son menos probables que con el uso de ventiladores.
Fuente:https://www.google.com.co/search?q=curva+caracteristica+de+un+soplado
r&source
69
de aire, de ésta forma se puede cambiar la potencia requerida por el transportador
o el tipo de transporte, que puede pasar de fase densa a diluida y viceversa.
En sistemas combinados pueden funcionar como separadores entre las etapas del
transportador, donde funcionan como sellos o como dosificadores para el empaque
del producto transportado al final de la etapa, generalmente se ubican en la base de
los separadores o de los elementos de almacenamiento de material.
8.3 TUBERIAS
Las tuberías para sistemas de transporte neumático son por lo general de acero y
pvc. En caso que el material transportado no sea compatible con el acero, se puede
usar acero inoxidable, pvc o aluminio. Las tuberías de acero inoxidable pueden ser
de pared delgada para que sean más económicas (figura 25).
70
Los acoplamientos de las tuberías pueden ser de tipo bridas convencionales o
pueden tener acoplamientos tipos abrazadera. En la industria alimentaria los
acoples de fácil desmontaje son esenciales para la limpieza del lugar.
Fuente:https://www.google.com.co/search?q=tuberia+transporte+neumatico&sourc
e
Son los sistemas más usados en los sistemas de presión positiva y negativa debido
a que proveen un rango de flujo uniforme. La máxima presión de operación es
usualmente 1 bar. Estas unidades permiten al material caer dentro del flujo
presurizado mientras que evitan que el aire a presión escape a través de ellos ver
figura 26.
71
Figura 26: Válvula dosificadora.
Fuente: https://www.google.com.co/search?q=valvulas+rotativas&source
Con las válvulas rotativas se debe prestar atención al tiempo de llenado de los
bolsillos, ya que éste puede ser bastante pequeño si se tiene en cuenta que éstos
dispositivos tienen una velocidad de rotación entre 20 y 60 revoluciones por minuto,
si el número de paletas es muy grande es probable que no se tenga un llenado
adecuado, pues el material no tendrá tiempo de fluir ni hacia el interior ni hacia el
exterior, la figura 27 muestra la relación entre la cantidad de material dosificado y
las revoluciones de la válvula.
72
Figura 27: Relación entre cantidad de material dosificado y revoluciones de la
válvula rotativa.
Fuente: http://www.dspace.espol.edu.ec/
73
Figura 28: Válvula de desvío.
Fuente: https://www.google.com.co
Los inyectores de tipo Venturi (figura 29) son utilizados generalmente en sistema de
presión positiva para crear un vacío que pueda succionar el material de la tolva de
almacenamiento. Posee una caída de presión máxima en la línea de transporte de
aproximadamente 0.3 bar, la cual limita la capacidad de transporte. Además, su uso
está restringido a capacidades por encima de 5 ton/h, densidades a granel por
encima de 700 kg/m3 y a distancias mayores a 150 m*.
74
Figura 29: Alimentador Tipo Venturi.
Fuente: https://www.google.com.co/search?q=Alimentador+Tipo+Venturi
Debido al suministro de aire a través del espacio entre los tubos se evita el
atascamiento de material en la punta de la boquilla, es muy útil en labores de
limpieza debido a que permite una gran versatilidad, sobre todo si se monta el tubo
externo sobre una tubería flexible (figura 30).
75
Figura 30: Boquilla de succión.
Fuente: https://www.google.com.co/search?q=boquillas+de+succion&source
76
9. SEPARADORES CENTRIFUGOS O CICLONES
Los ciclones son equipos muy sencillos, que al no poseer partes móviles son de fácil
mantenimiento. Tienen la desventaja de ser poco versátiles, ya que no se adaptan
a cambios de las condiciones de operación, por lo cual son poco flexibles a los
cambios de concentración de polvos, caudal de gas y distribución de tamaños de
partículas.
* http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclones.pdf
77
Figura 31: Distintos tipos de ciclones.
Fuente: file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
Los ciclones de entrada de gas axial funcionan de manera similar que los de entrada
tangencial, solo que en la entrada del gas (entrada anular) tienen dispuestos unos
álabes fijos que le imprimen el movimiento en espiral al gas sucio que entra al ciclón.
Los ciclones axiales tienen diámetros menores que los tangenciales (25 a 305 mm),
debido a esto tienen alta eficiencia, pero baja capacidad.
78
al igual que ocurre en un ciclón convencional. Sin embargo, presenta el
inconveniente de que el polvo no es eliminado en su totalidad de la corriente
gaseosa, aunque sí se produce una concentración del mismo.
9.1 GENERALIDADES
En la base del cono invertido se produce la inversión del flujo de gas debido a que
la aceleración centrifuga va disminuyendo proporcionalmente con la conicidad, de
modo que el gas comienza allí una espiral en forma ascendente, concéntrica a la
*
http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclones.pdf
79
espiral descendente, saliendo el gas limpio por el conducto superior de salida. Los
polvos separados son descargados en la pierna del ciclón. En la cola del ciclón
puede existir o no una válvula de chanela que se abre solamente por el peso de los
sólidos acumulados en la pierna del ciclón, produciendo de esta manera la descarga
de los polvos.
En cambio si se trata de un ciclón es externo que procesa gas sucio a alta presión,
tendrá una presión interna mucho mayor que la externa, lo cual deberá tenerse en
cuenta en el diseño del mismo.
* http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclones.pdf
80
Figura 32: Parámetros geométricos del separador ciclónico standard.
Fuente: file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
81
Tabla 3: Eficiencia de remoción de los distintos ciclones.
Fuente: file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
Fuente: file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
82
9.2.2 Ciclones de alta eficiencia. Los ciclones de alta eficiencia están diseñados
para alcanzar mayor remoción de las partículas pequeñas que los ciclones
convencionales. Los ciclones de alta eficiencia pueden remover partículas de 5 µm
con eficiencias hasta del 90%, pudiendo alcanzar mayores eficiencias con
partículas más grandes. Este tipo de ciclones tienen mayores caídas de presión, lo
cual requiere de mayores costos de energía para mover el gas sucio a través del
ciclón. Por lo general, el diseño del ciclón está determinado por una limitación
especificada de caída de presión, en lugar de cumplir con alguna eficiencia de
control especificada.
Fuente: file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
9.2.3 Ciclones de alta capacidad. Los ciclones de alta capacidad están diseñados
para partículas de más de 20 micrómetros aunque en cierto grado ocurra la
colección de partículas más pequeñas. Se ha reportado que los multiciclones han
alcanzado eficiencias de recolección de 80 a 95 % para partículas de 5 µm.
83
Tabla 6: Características de los ciclones de alta capacidad.
Fuente file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
84
10. FUNDAMENTO TEORICO
* http://fisica.udea.edu.co/~lab-gicm/Curso%20de%20Instrumentacion/2011_RungeKutta.pdf
85
O en su forma implícita:
* http://es.scribd.com/doc/105247685/Numero-de-Mach
† MUNSON Young. Fundamentos de Mecánica de fluidos. Universidad Estatal de Iowa. 4 ed.
86
10.2.3 Régimen subsónico. El número de Mach es inferior a la unidad, pero tiene
una magnitud suficiente para quedar fuera de la clasificación del régimen de un flujo
incompresible.
87
11. CALCULO Y DISEÑO DE LOS COMPONENTES PARA EL SISTEMA
DE TRANSPORTE NEUMATICO
kg
g 380
m3
* Oliveros. Carlos. Evaluación de las propiedades físicas y mecánicas del fruto de café. 2012.
†
Oliveros. Carlos. Beneficio ecológico del café. 1999. Pg. 205.
88
Tamaño promedio de un grano de café pergamino definido por las dimensiones
ortogonales (figura 33) para las diferentes muestras realizadas (ANEXO B).
1
d p E1 * E2 * P 3 (07)
d p 9530 micrometros
Coeficiente de fricción del grano de café* con respecto a otro material (ANEXO
B)
Poli cloruro de vinilo (PVC) 0.31
Metal (lamina de acero) 0.56
*
Oliveros. Carlos. Coeficientes de fricción ángulos de reposo de granos de café. CENICAFE.1985
89
m
VT 9.702
s
kg
Mg 2000 (capacidad de transporte de café pergamino)
h
Lh 4m (longitud tramo tubería horizontal )
P
f
RT
Donde:
*
Puerto Efrain. Diseño e ingeniería de ventilación y climatización. Presión atmosférica de capitales
colombianas. https://efrainpuerto.wordpress.com.
90
R = 0.2871 KJ/Kg °K (constante especifica del fluido)
T=22 °C (295.15 °K)
P
f 1.068 Kg / m3
RT
Vbloq Gs
Vbloq
b g (1 b )
2250 DT ( b 4.7 1)
f 0.77
2
Vbloq
VT
b
Donde:
Vbloq = velocidad de bloqueo (m/s)
Gs 4 0.55 Kg
120.60
0.0762 2
s * m2
91
Vbloq 120.6
Vbloq
b 380(1 b )
b 0.9498
m
Vbloq 15.22
s
1
(1440d p )1.96
(1100d p ) 2.5
(
(1100d p ) 2.5
2)
(1100d p ) 2.5 1
4 mg 10 g 2
DT 2
Vrup
f
Donde:
g = aceleración de la gravedad
DT = diámetro de tubería
92
1
4 0.55 1015.68 9.816.5 0.0762(6.52) (26,5)1 m
Vrup 16.03
1.23 s
* PERRY R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition, 1997.
93
tangencial permitirá que al ingresar el grano a determinada velocidad no se vea
afectado por grandes impactos contra la pared del ciclón, esto es debido al principio
de impactación inercial generado por las fuerzas centrífugas, además de permitir
una mejor distribución y circulación del grano. Se adopta una salida axial para
cumplir con las demás especificaciones de diseño del sistema.
Los fabricantes de ciclones del tipo entrada tangencial realizan sus diseños basados
en una serie de parámetros prestablecidos, los cuales se aprecian en la tabla 7.
Del cual Vs representa la velocidad de ruptura (Vrup) determianda anteriormente.
Fuente: file:/Dialnet/InfluenciaDeLaLongitudDelConoDeUnCiclonSobreLasVar-
4051836.pdf.
* GONZALES Pedro. Sistema de transporte neumático para quinua. Perú. Universidad Católica. 2005
94
Para el dimensionamiento del ciclón, primero se debe establecer los siguientes
parámetros iniciales:
Mg 2000 kg
Mf 200
10 h
Mf 200 m3 m3
Qf 187.26 0,052
f 1,068 h s
Donde:
kg
Mg = flujo másico de café
h
kg
Mf = flujo másico de aire
h
Qf = caudal de aire
Qf 0.052
Adec 0,0029 m2
Vfec 17.464
95
Donde:
Mediante las relaciones matemáticas las cuales han sido desarrolladas a partir
de procesos investigativos* por parte le industrias dedicadas al transporte y
separación de materiales granulados para alimentos, químicos entre otros, se
pueden apreciar en la tabla 8.
Dc = Diámetro ciclón
a = Altura de entrada
b = Ancho de entrada
s = Altura salida
Ds = Diámetro salida
G = Factor de configuración
N = Numero de vórtices
*
Martínez Benet. Cálculo y diseño de ciclones en ingeniería química. Madrid. 1989
96
Tabla 8: Correlaciones de geometría basadas en la tabla 4 ciclones tipo Zens.
97
11.3 DIMENSIONAMIENTO PARA NUEVAS CONDICIONES
Mf 1000 m3 m3
Qf 936.3 0.26
f 1.068 h s
2. Área de ducto de entrada ciclón
Qf 0.226
Adec 0.0148m2
Vfec 17.464
Una vez más haciendo uso de las ecuaciones presentadas en la tabla 7 se obtiene
las nuevas dimensiones para un ciclón (ver tabla 9) para las condiciones
establecidas anteriormente:
98
conservador que se encuentre entre 15.2 m/s y 27.4 m/s y que sea cercano a la
velocidad recomendada de transporte para el grano de café pergamino que en este
caso es 17.46 m/s para ello se toma un valor de 2.4 m/s adicionales a la velocidad
recomendada de transporte. Por tal motivo la velocidad recomendada en etapa de
succión es:
m
Vrec.succ 20
s
Vrec .succ
Re suspencion
Vrup
20
Re suspencion 1.248 1.35
16.03
*
Martínez Benet. Cálculo y diseño de ciclones en ingeniería química. Madrid. 1989
99
12. SELECCION DE TUBERIA
Uno de los aspectos más importantes por definir, para el correcto funcionamiento
del sistema de transporte neumático, es la velocidad del aire de transporte a la
entrada de la tubería. Este parámetro es clave para asegurar un flujo continuo de
material dentro del sistema.
Es necesario entonces, para el correcto diseño del sistema, comenzar por fijar
diversas variables que influyen directamente en el proceso de cálculo, tal es el caso,
del tipo de material que se desea transportar, la cantidad de material que se desea
transportar y a qué distancia se desea transportar dicho material.
Es primordial definir la distancia real que recorrerá la tubería de transporte, así como
también definir claramente la orientación de los distintos tramos que compondrán el
sistema, junto con el número de curvas y accesorios para proceder a calcular luego
las pérdidas de carga del sistema.
100
Figura 35: Tubería de transporte de material.
101
Flujo másico de grano a transportar: Mg 2000 kg / h
v fr 1.8 * VT
v fr 17.46m / s
Porosidad adimensional:
0.9498
12.3.1 Selección del diámetro para la etapa de succión. En este caso esperamos
unas pérdidas de presión pequeñas, para el cálculo de la relación másica diluida,
como se mencionó anteriormente, suponemos un diámetro, para posteriormente
hallar las perdidas en la tubería.
Diámetro nominal asumido para la tubería de transporte: Dsg 3in con este
Mgs
m g
3600
*
Suarez Enrique. Uribe José. DETERMINACION DE PROPIEDADES PARA ALMACENAMIENTO Y
TRANSPORTE DE PRODUCTOS AGRICOLAS (GRANOS) Y TRANSPORTE NEUMATICO. Trabajo de grado
para otorgar el título de ingeniero químico. Bucaramanga. Universidad industrial de Santander. Facultad de
ingenierías físico químicas. Escuela de ingeniería quiimica.1988
102
m g
Flujo másico del grano en succión en kg / s
m g 0.55kg / s
* Dsg 2
Asg (10)
4
Dsg Diámetro nominal para la tubería de Policloruro de vinilo (PVC) de succión del
sistema en m
Dsg 0.0762 m
Asg 0.0046 m2
m3
Qfs Caudal del fluido a través de la tubería de succión
s
= porosidad de la mezcla
m3
Qfs 0.076
s
103
Se calcula el flujo másico del fluido (aire).
m f Qfs * f (12)
mf Flujo másico del fluido en kg / s
mf 0.081 kg / s
mg
Rsg
mf
Rsg 6.7
104
13. TOLVA DE VACIADO DE SACOS
Teniendo en cuenta los requerimientos del sistema planteado y para lograr hacer
más eficiente el mismo, se ha decidido realizar la inclusión de una tolva de vaciado
(figura 36). la cual permitirá la descarga económica a los sacos. La tolva es diseñada
con capacidad para almacenar 100 kg de grano, esto con el propósito de que en el
momento de retirar cada uno de los sacos del sistema de pesaje no se haga
necesario detener el equipo, lo cual permitirá un trabajo continuo. Esta tolva de
vaciado se encontrara en contacto hermético con la parte inferior a la salida del
ciclón.
Fuente: www.tecmoncade.com
105
14. SISTEMA DE PESAJE DE SACOS
Para el sistema de pesaje de sacos se utiliza una báscula con pantalla digital, la
cual permitirá adquirir el peso correspondiente a un saco de café pergamino, el
cual es de 40 kg.
Fuente: http://www.dlpbasculas.com/catalogodlp.pdf
106
15. CALCULO DE PERDIDAS DE PRESION DEL SISTEMA
Donde:
Fsp = Fuerza de interacción entre el material y la pared o superficie de la tubería.
107
Ffg = Fuerza de interacción entre el gas y el material.
g= Aceleración de la gravedad.
Balance de masa
g Vs cte f Vfr mf
1 T cte
h Vf 2 cte
2
h h(t )
Donde:
h = Entalpía
T= temperatura
108
Tubería horizontal
* g * v f 2 1 v f * v f v g dp ff f v v 1 f
1 * * g * Rsg * * * v f 2 * g * Rsg * f * * g * * g * vg2
v
p 2 p dx D 2 v g g 2 D
(13)
Tubería vertical
* g * v f 2 1 v f * v f v g dp ff f v 1 v fg
1 * * g * Rsg * * * v f 2 * g * g * 1 Rsg * f * * g * Rsg * f * * v g
2
p 2 p dx D 2 v 2 v D
g g
(14)
Vf 2
Pd (16)
4.403
Donde:
109
pac = Pérdidas en accesorios en Pascales
17.462
Pd 69.23 Pa
4.403
Coeficiente de fricción del fluido (aire) con respecto a la tubería del sistema
ff 0.028
Coeficiente de fricción del grano (café pergamino) con respecto a las paredes de
la tubería del sistema ver (ANEXO A) fg 0.31
Velocidad del fluido (aire), esta será la recomendada para el transporte de café
pergamino v g 17.46m / s
Porosidad 0.9498
110
Lh 4 m
Lv 2 m
Cálculo de Reynolds
Para nuestro caso tomando la velocidad de transporte del fluido (aire) y la velocidad
de sonido ( c 343m / s ) realizamos el cálculo del número de Mach para determinar
qué régimen tenemos, de esta manera obtenemos el siguiente resultado.
M 0.05 , como podemos observar, M 0.2 lo que nos indica que tenemos flujo
incompresible.
v fr * Dsg
Re (17)
Re 74343.95
111
Este resultado indica que tenemos un flujo turbulento; de acuerdo a esto utilizamos
la ecuación de Chen FF* para el cálculo del factor de fricción.
1
f 2 (18)
1
5.8506
1.1098
2 * lg
5.0452
* lg * 0.8981
3.7065 * Dsg Re 2.8257 Dsg Re
f 0.028
v gs 0.8 * v fr (19)
v gs 13.97m / s
v fl 1.1* g (20)
* http://chemengiqa/2-perdidas-por-friccion
† VEGA. Juan, ARAQUE Carlos. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE
NEUMÁTICO MIXTO DE DOS ETAPAS PARA CEREALES. Trabajo de grado para otorgar el título de
ingeniero mecánico Bucaramanga. Universidad industrial de Santander. Facultad de ingenierías físico
mecánicas. Escuela de ingeniería mecánica.2009. p 120.
112
v fl =Velocidad de flotación del grano de café pergamino en m / s
v fl 21.44m / s
En esta parte se calcularán las pérdidas de presión de la tubería donde el aire que
succiona no lleva material particulado.
Para este caso se tienen los siguientes datos de entrada:
113
Capacidad de transporte Mg 2000kg / h
Para realizar el cálculo de la velocidad del fluido (aire) limpio se utilizan la ecuación
(16), para este caso no se tendrá en cuenta la porosidad ya que en esta etapa el
fluido no se encuentra con flujo de material, además el área y la relación másica
será la calculada en la etapa de succión.
Mgs
m g
3600
mg
mf
Rsg
Flujo másico de fluido (aire) en la sección solo aire mf 0.096 kg / s
m
Qf f
f
* Dsg 2
Asg
4
114
Qf
v ff
Asg
115
de hasta 10 in H2O . Los valores aceptables de la caída de presión total en un filtro
de mangas pueden estar en el siguiente rango*:
116
16. CALCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA EN EL SISTEMA DE
TRANSPORTE NEUMÁTICO
Pérdidas Unidad(Pas)
Pérdidas totales etapa de succión 12718.47
Pérdidas totales succión solo aire 141.42
Pérdidas en el ciclón 1968.00
Pérdidas en filtro de manga 1100
Pérdidas totales del sistema 15927.26
PT Ps Pd
1
Pd * f * v fr
2
117
Pd 166.16 pas
Ps 15761.80pas
Ps Qfs
Pot (21)
745.7
Pot 1.61HP
118
17. SELECCION COMERCIAL DEL MOTOR
Con el valor de potencia calculado se procede a hacer la selección del equipo que
suministrará el caudal del fluido (aire) necesario para el correcto funcionamiento del
sistema de transporte neumático. Puesto que el valor de potencia calculado
comercialmente no se encuentra en el mercado, se procede a aproximar al valor
siguiente de tal manera que se pueda encontrar fácilmente en las diferentes
industrias que distribuyen este tipo de equipos.
La norma NEMA* estipula una serie de factores primordiales a tener en cuenta para
la selección adecuada de un motor, estos factores son:
119
Figura 39: Ubicación de placa de características motor eléctrico para un.
120
Voltaje: 110 Voltios
Corriente alterna CA
121
18. SELECCION DEL VENTILADOR DE ALTA PRESION
Ventilador centrífugo cerrado con rotor de aspas inclinadas hacia atrás para alta
presión marca VECO, modelo VAPA900/P (figura 38).
122
Figura 40: Ventilador centrifugo de alta presión.
123
19. ANALISIS ESTATICO DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DEL
SISTEMA
El equipo tiene un bastidor principal como lo muestra la (figura 40), el cual soporta
directamente los componentes principales del sistema de transporte neumático
como lo son: motor de 2hp, ventilador centrifugo de alta presión y los soportes
laterales del conjunto tolva ciclón, además de la estructura soporte de la báscula
utilizada para el sistema de pesaje de sacos, se realizara un análisis estático de la
carga aplicada para verificar su comportamiento. El material utilizado será acero
ASTM A36 de la forma geométrica de perfil en L.
124
Las cargas a las cuales se someterá la viga son las correspondientes al peso del
conjunto motor-ventilador que es de 30 Kg, el peso del conjunto tolva-ciclón, para
este caso se tendrá en cuenta cuando el sistema está cargado y corresponde a 135
Kg y el peso del sistema de pesaje, en esta parte se tendrá en cuenta el peso
correspondiente a un saco de café de 40Kg. Como se hará el análisis de una viga
tendremos en cuenta que cada subconjunto básicamente tiene cuatro reacciones,
las cuales calculamos con ayuda del software MD SOLID y que se muestran en la
(figura 41).
125
Figura 44: Diagrama de corte carga y momento.
126
19.1.1 Perfil seleccionado y análisis de la sección transversal. Se ha
seleccionado un acero ASTM A36 de perfil en L del fabricante Ternium S.A, con las
características especificadas en la (figura 43) y con las propiedades especificadas
en la (tabla 14).
127
Tabla 14: Propiedades Acero A36.
Área transversal A
3.46 Cm2
Momento de inercia I 4.45 Cm4
Fuente: http://www.ternium.com.co/pdf/Soluciones_Ternium_Colombia.pdf
son pequeños por tal motivo se desprecian para este cálculo. (En la tabla zz) se
muestra la estimación del esfuerzo normal máximo.
128
De acuerdo al resultado obtenido es aceptable utilizar acero A36 de perfil en L, con
un factor de seguridad de 18.32 , el cual es adecuado para un bastidor.
Se realizó un análisis estático para para el perfil del bastidor, con el propósito de
verificar que no presenta ninguna falla con la función que tiene que desempeñar.
129
Figura 47: Análisis de desplazamiento.
Analizando los resultados de desplazamiento figura (45) que presenta el perfil del
bastidor con la carga que se aplica sobre el mismo, se observa que el máximo
desplazamiento es de 0,476222 (mm) siendo este un valor que no representa
peligro para la operación del sistema, lo cual garantiza que el bastidor va operar
correctamente.
130
19.3 ANALISIS CAE DE LA TOLVA
Verificando los resultados del análisis de tensión de Von Mises de la figura (47) se
concluye que la tolva no va a fallar con el peso que va recibir, en la función que
está realizando, el valor máximo que soporta la pieza según el análisis es de 55.160
(Mpa) y el que puede resistir la pieza es de 350.000 (Mpa).
131
Figura 50: Análisis de desplazamiento.
Analizando los resultados de desplazamiento figura (48) que presenta la tolva con
la carga que se aplica sobre la misma, se observa que el máximo desplazamiento
es de 0,747261 (mm) siendo este un valor que no representa peligro para la
operación del sistema, lo cual garantiza que la tolva va operar satisfactoriamente.
132
19.4 ANALISIS CAE DEL CICLON
133
Figura 53: Líneas de flujo del ciclón.
134
20. CONSTRUCCION
Se decide realizar el corte de las láminas de acero Cold Roll calibre 14 para cada
uno de los componentes pertenecientes al ciclón: cono ciclón, cilindro, tapa lateral,
tapa superior, tapa inferior, salida de aire, entrada de grano y para la tolva de
almacenamiento: lados para el cuadrado de la tolva, lados de la pirámide, salida de
descarga, tapa de salida. Este trabajo se realiza con soldadura robusta y se
suavizan las uniones soldadas con masilla (figura 52). Posteriormente se unen a
la tolva los tubos cuadrados que servirán de soporte estructural del sistema (figura
53).
135
Figura 54: Construcción ciclón.
136
Luego se procede a aplicar anticorrosivos y realizar el proceso de pintura de dichas
partes, para lograr mejores características estéticas y mecánicas, evitando así que
la humedad y demás condiciones atmosféricas actúen negativamente sobre las
superficies de los materiales (figura 54).
El paso siguiente es construir la base donde reposarán todos los componentes del
sistema de transporte neumático según los diseños detallados, este se construyó
la base de perfil en L de acero estructural ASTM 36 de 1 1/2 x 3/16 de pulgada y
unida permanentemente con soldadura WEST ARCO E6013, posteriormente se
instalaron las ruedas fabricadas en Nylon de alta densidad y se aplicó proceso de
pintura (figura 55).
137
Figura 57: Construcción base estructura.
138
Figura 59: Sistema de transporte neumático en funcionamiento.
139
21. PRESUPUESTO
140
Tabla 18: Otros gastos.
Otros Precio
Asesoría profesores $2.800.000
Otras asesorías $300.000
Papelería $200.000
Total $3.300.000
141
22. CONCLUSIONES
142
Generalmente, los fundamentos de dimensionamiento de los sistemas de
transporte neumático son completamente empíricos e incluyen factores y
criterios de los fabricantes como se pudo observar principalmente en el diseño y
dimensionamiento de ciclones por lo cual es indispensable dela asesoría de
personal con experiencia en proyectos relacionados a la selección y montaje
de equipos para transporte neumático.
Los aportes realizados por trabajadores con experiencia son de vital importancia
ya que su experiencia les permite aportar ideas que contribuyan a reducir costos
y mejorar la estética del equipo.
143
23. RECOMENDACIONES
144
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[3] OLIVEROS Carlos. Evaluación de las propiedades físicas y mecánicas del fruto
del café. Medellín. Centro de investigación del café CENICAFE. 2012. 9 p.
145
[9] KONGSKILDE. Catalogo componentes transporte neumático.
[11] PERRY R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw-Hill, 6th edition,
1997.
146
BIBLIOGRAFIA
147
ANEXOS
148
ANEXO A. VALORES DE VELOCIDAD TERMINAL Y FACILIDAD DE
FLUIDIZACION ALGUNOS GRANOS.
El grano de café citado en este anexo hacer referencia a un grano de café en estado
cereza.
Velocidad terminal.
Facilidad de fluidización.
149
ANEXO B. PROPIEDADES FISICOMECANICAS PARA GRANO DE CAFE
PERGAMINO
Los datos estimados se realizaron para muestras con 0.05 y 0.01 de probabilidad
en grano de café pergamino seco.
150
c) Densidad aparente media (DAM), para diferentes estados del fruto de café.
151
ANEXO C. CARACTERISTICAS DEL MOTOR SIEMENS.
152
ANEXO D. SELECCION DEL VENTILADOR.
153
b).Curva característica del ventilador.
154
ANEXO E. MANUAL SISTEMA DE TRANSPORTE
NEUMATICO PARA GRANO DE CAFE PERGAMINO CON
SISTEMA DE LLENADO Y PESAJE DE SACOS.
155
SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMATICO PARA GRANO DE CAFE
PERGAMINO CON SISTEMA DE LLENADO Y PESAJE DE SACOS
MANUAL DE USUARIO
156
157
1. GENERALIDADES
Este equipo de transporte es muy práctico y completo, el cual debe ser manipulado
y cuidado de la mejor manera para prolongar la vida del equipo. El (los) operario(s)
que se encuentren a cargo de este equipo deben contar con la adecuada
capacitación que permita mantener el mejor desempeño y seguridad en las
instalaciones antes, durante y después de los procesos de producción. Por tal
motivo a continuación se describirán los procedimientos y recomendaciones para
su adecuado ensamblaje, transporte, instalación y operación.
158
2. SEGURIDAD
159
3. COMPONENTES PRINCIPALES
TUBERIA DE
ASPIRACIO EN PVC
TUBERIA
ASPIRACION CICLON
SOLO AIRE
INTERRUPTOR
ON -OFF
TAPA SALIDA DE CAFE
BASCULA
BOQUILLA DE ASPIRACION
DE CAFE
160
4. INSTALACION
El equipo para transporte neumático debe estar instalado sobre una superficie
horizontal, con un espacio considerable a su alrededor para facilitar las labores
de operación como lo es: retirar los sacos que son llenados y pesados en la
báscula, permitir el libre movimiento del ducto flexible y boquilla de aspiración de
grano, permitir el libre acceso para realizar los cambios periódicos del filtro de
separación de materiales extraños.
161
6. OPERACION
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7. MANTENIMIENTO
7.2. CICLÓN
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7.3. TOLVA DE ALMACENAMIENTO
7.4. BÁSCULA
Una vez finalizado el proceso de ensacado de sacos y apagado el quipo evite dejar
cargas sobre la báscula. Nunca sobre pasar la capacidad para la cual fue diseñada
la báscula (150 kg).
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ANEXO F PLANOS DE CONSTRUCCION
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