Diseño de una mezcladora vertical industrial

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Diseño de una Mezcladora Vertical Industrial

En la industria de la preparación de alimentos las mezcladoras verticales son un equipo común. al manejarlas, se deben considerar los siguientes factores:
1.- las mezcladoras verticales, con sus agitadores adecuados, sirven para mezclar masas, escarchados, azúcar glas, salsas, etc. Cada producto requiere un agitador diferente y una velocidad delagitador distinta.
2.- Se deben seguir los códigos y las normal de sanidad. Todas las superficies que entran en contacto con los alimentos deben ser de limpieza fácilmente accesible. Todas las superficies que no entran en contacto con los alimentos se deben aislar en carcasas selladas cuando esto sea posible. Además, si se usan engranes engrasados, se deben sellar efectivamente, de manera que ellubricante no pueda gotear hacia las zonas de contacto de los alimentos.

Este ejemplo solamente se enfoca en ciertos elementos mecánicos de una pequeña mezcladora vertical comercial.

Los atributos que se desean de la máquina son difíciles de obtener, excepto por el conocimiento de aplicaciones previas y de comunicación directa con los usuarios finales. No obstante, se supone que lainformación que es usada a continuación, se obtuvo de una fuente diferente de un departamento de ingeniería, ya sea de los usuarios finales o del departamento de personal de mercadeo. Estos atributos básicos de diseño se pueden considerar los requisitos mínimos de la maquina que se buscan.

* Cinemática de los engranes de agitador:
El movimiento del agitador dentro de la taza de una mezcladora verticalse puede lograr por medio de una variedad de mecanismos. una solución elegante y simple es utilizar un sistema de engranes de planetarios. Si el agitador se monta directamente sobre un engrane planetario diseñado adecuadamente, seguirá naturalmente una trayectoria circular, y si se desea, girará simultáneamente.
En la siguiente figura se ilustra un sistema de engranes planetarios. El engranesolar será propulsado y el engrane anular permanecerá estacionario y fijo al bastidor de la máquina. Los agitadores se montarán sobre un eje colocado a cada engrane planetario.

A continuación se presentan las ecuaciones que relacionan las velocidades relativas de los engranes, pero primero se definen ciertas variables utilizadas:
ωs , ωp , ωr , ωc : velocidades de giro del sol, planeta,anillo y centro de cada planeta respectivamente.
Ns , Np , Nr : número de dientes del sol, planeta y anillo respectivamente.
rs , rp , rr : radio del sol, planeta y anillo respectivamente.

e=ωp-ωcωs-ωc=-NsNp=-rrrs

con el engrane anular estacionario, ωr=0 , entonces

ωs-ωc-ωc=1-ωsωc

ωsωc=1-e , ωsωc=1+rrrs

Dentro de la carcasa de la mezcladora vertical se tiene espaciopara un engrane anular menor a 20 pulg de diámetro.
Tomando 18 pulg de diámetro para el engrane anular, la velocidad de giro para el brazo de 100 rpm y la velocidad de giro del sol de 550 rpm, se pueden hallar los radios de cada engrane, así como el numero de dientes para cada uno.

ωsωc=550100=5.5 , despejando el radio del sol, se obtiene rs=rr5.5-1=94.5=2 in

larelación entre los radios viene dada por:

rr=2rp+rs , entonces rp=rr-rs2=9-22=3.5 in

se halla también la velocidad de giro de los planetas ωp=rsrpωs-ωc+ωc
ωp=23.5550-100+100=357 rpm

tomando un paso diametral grueso de 5, se hallan los números de dientes

Nr=dr*Pd , donde dr=2*rr=2*9=18 in y Pd=5 1in

Nr=18*5=90
Los números de dientes de los engranes restantes secalculan de la misma manera.

Para determinar el resto de la geometría de cada engrane, se calculan el adendo (a), dedendo (d) y profundidad total(ht)
a=1Pd=15=0.2 in ; d=1.25Pd=1.255=0.25 in ; ht=a+d=0.45 in

Las razones de velocidades angulares para sol-planeta y planeta-anillo las llamaremos mv1 y mv2 respectivamente.

mv1=ωp-ωcωs-ωc=0.571 mv2=ωr-ωcωp-ωc=-0.391...
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