INVESTIGACIÓN PARA EL DISEÑO DE UNA MÁQUINA GRANULADORA DE FERTILIZANTES DE CLORURO DE POTASIO

CAPITULO I 1 1 INTRODUCCIÓN 1 1.1 ANTECEDENTES 2 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4 1.2.1 Formulación del Problema 5 1.3 JUSTIFICACIÓN 5 1.3.1 Justificación técnica 5 1.3.2 Justificación Económica 6 1.3.3 JUSTIFICACION SOCIAL 7 1.4 METODOLOGIA 8 1.4.1 Métodos 8 1.4.2 Técnicas e Instrumentos 9 1.5 OBJETIVOS 10 1.5.1 Objetivo General 10 1.5.2 Objetivos Específicos 10 CAPITULO II 11 2 DESARROLLO 11 2.1 MARCO CONTEXTUAL 11 2.2 MARCO TEORICO 12 2.2.1 Formación del granulo 12 2.2.2 Consistencia del granulo de cloruro de potasio 13 2.2.3 Métodos de Granulación 14 Aglomeración de crecimiento/caída 14 Aglomeración por presión 15 2.2.4 Equipos utilizados para la granulación por crecimiento/caída 15 2.2.5 Matriz de selección 19 2.2.6 Principios Físicos 21 2.3 INFORMACIÓN Y DATOS OBTENIDOS 22 2.3.1 Características y propiedades del cloruro de potasio 23 2.3.2 Propiedades del granulado de cloruro de potasio 24 2.3.3 Cantidad y tipo de aglomerante 26 2.3.4 Ajustes de la humedad de trabajo 26 2.3.5 Características técnicas de la máquina granuladora de fertilizantes de KCl27 2.4 ANALISIS DE LA INFORMACIÓN| 28 vi 2.4.1 Análisis de la capacidad de la máquina granuladora de fertilizantes para cubrir las demandas de pequeños y medianos productores agrícolas ............................................29 2.4.2 Tomando en cuenta las ventajas ..................................................................................................................................30 2.5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO ......................................................................................................................................31 2.5.1 Factores que influyen en el rendimiento de la máquina granuladora......................31 2.5.2 Elementos del equipo ..................................................................................................................................................................32 Motorreductor ............................................................................................................................................................................32 Disco granulador ..................................................................................................................................................................33 Eje motriz ........................................................................................................................................................................................34 Estructura de la máquina ..........................................................................................................................................34 Selección y configuración de la bomba de agua para el proceso de granulación ......................................................................................................................................................................................................................35 Sistema de control ..............................................................................................................................................................36 Esquema de conexión ..................................................................................................................................................37 2.5.3 DETERMINACIÓN DE PARAMETROS DE DISEÑO ....................................................................37 Capacidad máxima de la máquina granular de fertilizantes de KCl ............38 Parámetros del diseño de la maquina ....................................................................................................38 Velocidad crítica ....................................................................................................................................................................40 Diagrama de fuerza del disco granulador ........................................................................................41 Peso del disco granulador ......................................................................................................................................43 Diseño del eje ............................................................................................................................................................................44 Fuerzas que intervienen en la estructura ..........................................................................................44 Diseño de la estructura de soporte ............................................................................................................45 CAPITULO III ......................................................................................................................................................................................................................................46 3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................................................................46 3.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................................................................46 3.2 RECOMENDACIONES ............................................................................................................................................................................47 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................................................................................48 ANEXOS…………………………………………………………………………………………..48 INDICE DE FIGURAS Figura 1-1: Cloruro de potasio, estándar fino .................................................................................................................. 3 Figura 2-2: Formación del granulo .............................................................................................................................................. 13 Figura 2-3: Granulador de tambor rotativo GL-1240 ........................................................................................ 16 vii Figura 2-4: Granulador de dientes agitado ...................................................................................................................... 16 Figura 2-5: Roto Granulad ........................................................................................................................................................................ 17 Figura 2-6: Granulador de lecho fluido .................................................................................................................................. 18 Figura 2-7: Disco granulador ................................................................................................................................................................ 19 Figura 2-8: Evaluación Técnica-Económica .................................................................................................................. 21 Figura 2-9: Cloruro de potasio estándar fino y granulado.......................................................................... 24 Figura 2-10: Inclinación del disco .................................................................................................................................................. 25 Figura 2-11: Descripción cualitativa del flujo del disco granulador .............................................. 25 Figura 2-12: Características de la maquina .................................................................................................................... 28 Figura 2-13: Conexión del circuito para el control de un motor trifásico. ............................ 37 Figura 2-14: Capacidad vs diámetro del disco .......................................................................................................... 39 Figura 2-15: potencia instalada vs el diámetro del disco. .......................................................................... 40 Figura 2-16: Estructura superior con sus componentes montados ............................................ 42 Figura 2-17: Disco granulador montado en el eje .................................................................................................. 42 Figura 2-18: Diagrama de cuerpo libre .................................................................................................................................. 43 Figura 2-19: Fuerzas sobre la estructura............................................................................................................................ 45 Figura D-20: Granulador EMCC ...................................................................................................................................................... 59 Figura D-21: Granulador de shunxin ........................................................................................................................................ 59 Figura F-22: Motorreductor Trifásico 2 hp 1.5 kW ................................................................................................ 62 Figura H-23: Bomba de agua d1/2" 12vdc 5m 800l/h ...................................................................................... 63 Figura I-24: Variador de frecuencia VFD GD350A-1R5G/2R2P-4 ................................................ 64 Figura J-26: Rodamiento de bolas SKF_SYK 40 TR. ...................................................................................... 66 INDICE TABLAS Tabla 2-1: Valor técnico (Xi) .................................................................................................................................................................... 20 Tabla 2-2: Valor económico (Yi) ........................................................................................................................................................ 20 Tabla 2-3: Características de una gama de discos inclinados ............................................................ 41 Tabla A-4: Características técnicas ............................................................................................................................................ 56 Tabla C-5: Costo de materiales ........................................................................................................................................................ 58 Tabla D-6: Comparación de costos con el mercado .......................................................................................... 59 Tabla F-7: Propiedades del granulo de KCl .................................................................................................................... 61 Tabla G-8: Relación del motorreductor de 2 hp, 1.5 kW .............................................................................. 62

Se describe la investigación para el diseño de una máquina granuladora de cloruro de potasio (KCl), utilizada como fertilizante por sus beneficios en la agricultura, mejorando la asimilación del nitrógeno en las plantas y optimizando el uso del agua. El cloruro de potasio, extraído de la silvinita, una sal que precipita naturalmente durante el proceso de evaporación de salmueras en el salar de Uyuni, es la materia prima empleada. El objetivo principal de esta investigación es diseñar una máquina granuladora de fertilizantes de cloruro de potasio, mediante un proceso de aglomeración por crecimiento/caída sin fuerzas externas. La capacidad y dimensiones de la máquina están diseñadas para satisfacer la demanda de pequeños y medianos agricultores, así como para ofrecer sus productos a otros agricultores. Para obtener los resultados de capacidad, dimensiones y especificaciones técnicas, se utilizaron herramientas de diseño CAD. El estudio del diseño detallado de la máquina granuladora permite transformar fertilizantes en polvo en fertilizantes granulados. Se diseñaron, modelaron y ensamblaron los principales elementos mecánicos que componen la máquina. La máquina cuenta con un disco granulador de 100 cm de diámetro, capaz de producir hasta 300 kg/h de gránulos, con un diámetro máximo de 20 mm. Permite ajustar el tamaño de los gránulos cambiando el ángulo de inclinación del disco y su velocidad de rotación, la cual se regula mediante un variador de frecuencia que controla un motor de 2 HP. Estructuralmente, la máquina tiene una estructura superior que soporta el disco granulador y el sistema de potencia, y una estructura móvil para variar el ángulo de inclinación del disco entre 40° y 55°. La estructura inferior soporta la estructura superior. Además, cuenta con dos rascadores para limpiar las partículas adheridas al disco y un dosificador para humedecer la mezcla, que utiliza una bomba con una altura de presión de 5 m y un caudal máximo de 800 L/h