Cálculo por fatiga del tornillo

4.3 Diseño de los brazos soporte 106

4.3.1 Distribución de las barras 107

4.4 Diseño de la placa central de apoyo 119

4.5 Selección del sistema de transmisión 125

4.5.1 Selección del motor 125

4.5.2 Selección de las bandas 126

4.5.2.1 Procedimiento de selección de transmisión por bandas V 126

4.5.3 Selección de la cadena 128

4.6 Diseño del árbol de transmisión 130

4.6.1Analisis de carga en el árbol de transmisión A 132 4.6.1.1 Dimensionamiento del alojamiento de la catarina 135 4.6.1.2 Cálculo por fatiga del alojamiento de la catarina 137

4.6.2 Diseño del árbol B 141

4.6.3 Dimensionamiento del alojamiento de las cuñas 146

4.7 Soportes superiores del armazón

147

4.7.1 Análisis de la soldadura en el extremo 153

4.7.2 Dimensionamiento de la placa de apoyo 159

4.7.3 Evaluación del espesor de la placa por aplastamiento 161

4.8 Dimensionamiento de los soportes 162

4.9 Consideraciones para el túnel de viento 165

4.9.1 Resistencia de los fluidos al movimiento de los cuerpos 165 4.9.1.1 Capa limite: Resistencia de superficie 165

4.10 Tabla de resultados 169

CONCLUSIONES 171

5.1 Vinculación con el medio productivo 171

5.2 Aspecto social 172

5.3 Aspectos educativos y culturales 173

5.4 Aspectos económicos 175

GLOSARIO DE TÉRMINOS 205 BIBLIOGRAFÍA 207

INDICE DE FIGURAS

FIGURA No: CONCEPTO PAGINA

1 Aspecto de la serranía en el municipio de Tenosique 4

2 Cuerpo lagunar 5

3 Catedral de Tabasco 7

4 Racimo de achiote 9

5 Frutos del achiote 10

6 Aspecto de achiote maduro 10

7 Estructura interna del fruto del achiote 11

8 Pasta de achiote producida domésticamente 21

9 Corte con machete de los frutos del achiote 29

10 Proceso manual de colección de semillas 30

11 Desechos de la colección de semillas 31

12 Proceso de separación `por golpeo 32

13 Molino de granos 33

14 Colector de semillas por vacío 35

15 Maquina trilladora manual 36

16 Trilladora de frijol marca “ EL PROGRESO” 39

17 Funcionamiento de las máquinas trilladoras 40

18 Esquema funcional de la trilladora de frijol 41

19 Configuración general de la cosechadora de granos, adaptada como banco frijolero.

42

20 Esquema de aparatos trilladores de cilindro cóncavo 47

21 Mujeres Tzotziles encargadas del cultivo de achiote. Ranchería Ignacio Allende, Tenosique, Tabasco

54 22 Área de preparación de pasta de achiote. Ejido Niños Héroes,

Tenosique, Tabasco.

57

23 Aspecto típico de comunidad rural 60

24 Condiciones típicas municipales ( Nacajuca, Tabasco). 68

25 Transición de la necesidad al producto 73

26 Objetivos del diseño conceptual 73

27 Descomposición 75

28 Modelo conceptual del equipo 85

29 Modelo del conjunto de trilla 86

30 Relación de proporción de un racimo de achiote 88

31 Modelo descriptivo del primer nivel de trilla 89

32 Acción de corte 90

36 Cargas actuantes en la sección transversal 92

37 Cargas sobre la barra intermedia 96

38 Sección transversal de la barra. 97

39 Carga sobre el tornillo 99

40 Comportamiento de carga 103

41 Ejemplo de obtención de Kt 104

42 Identificación de los brazos soporte 106

43 Acomodo de las barras rompedoras en el brazo 107

44 Descripción de las condiciones de carga del brazo 108

45 Ejes principales de la sección y momentos actuantes 111

46 Identificación de los concentradores de esfuerzo 115

47 Identificación de la placa central de apoyo 119

48 Acción del brazo soporte sobre las entradas de la placa 120

49 Esquema del sistema de transmisión 129

50 Identificación del árbol de transmisión del conjunto de trilla 130

51 Sistema de transmisión de la máquina 131

52 Dimensionamiento aproximado del árbol. 133

53 Geometría del árbol de transmisión 141

54 Identificación del árbol B 142

55 Detalle de conjunto del árbol B 142

56 Cargas actuantes en el árbol B 143

57 Identificación de las barras en la estructura 147

58 Disposición de la barra superior 147

59 Dimensionamiento preliminar del soporte y barras 148

60 Cargas actuantes sobre el soporte superior 148

61 Dimensiones básicas del perfil 149

62 Comportamiento del momento flexor y torsor 149

63 Identificación del área de la garganta del cordón 153

64 Segunda alternativa de construcción y región resistente 157

65 Cargas sobre la placa 159

66 Respuesta mecánica del elemento 160

67 Identificación de los soportes 68 Cargas actuantes sobre los soportes

69 Comportamiento de los fluidos 165

70 Capa límite y desprendimiento de la corriente 166

71 Formas típicas de material trillado 167

72 Comportamiento del flujo ante el contorno de los trozos de rama 167

73 Comportamiento del flujo ante los trozos de cápsula 167

74 Concepción del túnel de viento para separación de semilla 168

75 Cultivo de achiote 171

76 Productor chol de achiote 172

77 Vista frontal de la máquina 174

78 Prototipo de máquina construida en herrería 176

INDICES DE TABLAS

TABLA

No:

CONCEPTO PAGINA

1 Composición del achiote 15

2 Productos y usos del achiote 17

3 Principales consumidores de achiote en México 19

4 Requerimientos del producto 63

5 Ponderación de los requerimientos deseables 64

6 Estudio comparativo 66

7 Traducción de requerimientos 71

8 Fijación de metas de diseño 72

9 Generación de conceptos 80

1.1El estado de Tabasco. 1.1.1 Condiciones geográficas.

El estado de Tabasco se encuentra situado al sureste de la República Mexicana, en la llanura costera del Golfo, entre los 17° 15’ 00’’ y los 18° 39’ 07’’ de latitud norte y los 90° 50’ 23’’ y los 94° 07’ 49’’ de longitud oeste. Limita al norte con el Golfo de México; al noroeste con Campeche; al sureste con la República de Guatemala; al sur con Chiapas y al oeste con Veracruz. { B - 28 }

Abarca una superficie territorial de 24, 475.24 kilómetros2 que representan el 1.24% de la superficie total de la República, ocupando el vigésimo lugar por su extensión territorial en la cual se asientan los 17 municipios que integran la división política del estado. El estado dispone de un litoral hacia el Golfo de México que se extiende a lo largo de 183.86 kilómetros al norte del estado, y de una plataforma continental de 850 km2.

El agua es tan abundante en el estado que, a diferencia de otros de la República, es el excedente lo que ocasiona problemas, pues se carece de infraestructura adecuada para drenarla, concentrándose aquí la tercera parte de los recursos hidráulicos del país. El sistema fluvial se constituye con los caudales del río Usumacinta ( mono sagrado ), el más grande de la República, y el río Grijalva, el segundo por su caudal, con sus numerosos afluentes que desembocan en el Golfo de México. A los numerosos ríos, riachuelos y arroyos que cruzan en todos los sentidos el territorio tabasqueño, se añade un elevado número de lagunas diseminadas en su territorio, destacándose los sistemas lagunares de El Carmen-Pajonal-Machona y Mecoacán.

La mayor parte del territorio es una planicie que se extiende a la vista, sin obstáculo alguno, hasta el horizonte. Hay al sur, sin embargo, algunas elevaciones que forman parte de la meseta central de Chiapas. Entre los montes o cerros más importantes se cuentan El Madrigal, que tiene aproximadamente 1,000 m.s.n.m. La Campana, La Corona, Poaná Coconá Mono Pelado, y el Tortuguero.

Fig. 1 Aspecto de la serranía en el municipio de Tenosique

Seis tipos de vegetación se dan principalmente en Tabasco: la tupida selva de tierra adentro; la sabana; la selva menos compacta que bordea la costa; las formaciones bajas propias de las playas; los manglares y la vegetación de pantano. Asimismo, la flora es variada en árboles, arbustos y hierbas. Abundan los árboles frutales, numerosos ornamentales y subsisten aquellos de maderas preciosas, cedro y caoba, en exiguas cantidades.

Cabe señalar que en la actualidad gran parte de la superficie territorial del Estado de Tabasco ha sido desmontada de su selva para dar paso a las áreas de pastoreo y al cultivo de productos como el cacao, plátano, maíz, arroz, etc., aspecto que ha afectado sensiblemente las características del entorno, dañando el ecosistema y poniendo en peligro serio de extinción a numerosas especies.

Fig. 2 Cuerpo lagunar

La fauna tabasqueña, tanto acuática, como terrestre, es variada y fascinante, integrada por diversas especies de reptiles, aves y mamíferos, muchas de ellas amenazadas por la actividad humana. La mayoría de la población está estrechamente vinculada con la vegetación selvática que cubrió, en otra época, casi la totalidad del estado. Ahora solo queda en aquellas condiciones originales en las riberas del Usumacinta, entre Tenosique y Balancán, muy escasamente habitadas por el hombre.

1.1.2 Clima

La ubicación de Tabasco en la zona tropical, su escasa elevación con respecto al nivel del mar y su cercanía con el Golfo de México, a lo largo de 190 kilómetros de costa, determinan el desarrollo de climas cálidos con influencia marítima, registrándose una temperatura mínima de 15° C a 20° C en enero y febrero; la máxima es de 40° C a 45° C, de abril a junio, y la media al año es mayor de 26° C.

La invasión de las masas de aire en la entidad es directa y provoca gran parte de la precipitación total anual que se cuenta entre las más altas del mundo ( 2,750 mm. en la zona costera y hasta 4,000 mm. en las estribaciones de la sierra ).Consecuentemente, la temporada de lluvias abarca la mayor parte del año; de junio a marzo.

Solo la primavera es seca, y eso relativamente. En verano llueve con más intensidad: son las lluvias torrenciales conocidas como turbonadas; cuando el calendario marca otoño e invierno empiezan a soplar los nortes, que se traducen en prolongadas lluvias acompañadas por vientos con velocidades mayores de 40 kilómetros por hora.

Así se puede concretar, que al estar el Estado de Tabasco en el trópico húmedo de la República, se presentan dos tipos fundamentales de climas: Cálido húmedo y cálido subhúmedo.

1.1.3. Población

Con base en el XI Censo Nacional de Población y Vivienda, se estima que actualmente la población tabasqueña asciende a 1’ 501, 744 habitantes, lo cual equivale al 1.73% de la población total de la República Mexicana. El 76% de los tabasqueños pertenece al medio rural, determina una densidad demográfica en el estado de 61 habitantes por kilómetro cuadrado. Se calcula que la población para el año 2000 será aproximadamente de 1’ 755,457 habitantes.

En cuanto a la distribución territorial de la población, los municipios de Cárdenas, Centro, Comalcalco, Huimanguillo y Macuspana concentran al 62.57 % del total; el municipio con mayor población es el de Centro y el de menor cantidad es el de Jonuta.

Fig. 3 Localización geográfica de Tabasco 1.2 El achiote.

El achiote es conocido desde las épocas más remotas; los aborígenes de las regiones del sur de México y Centro América utilizaron esta planta como colorante para pintarse el cuerpo al celebrar sus ritos religiosos; asimismo lo utilizaron como medicina y repelente de los mosquitos y para colorear un masticatorio llamado “copal”.

Éste cultivo es originario de la América Tropical, adaptándose más a los países cálidos, prosperando bien desde el nivel del mar hasta los 1500 metros, aunque su crecimiento es más rápido y vigoroso en las partes bajas de la costa, preferentemente donde la precipitación oscila entre 1 000 y 1 500 mm y la temperatura fluctúa entre 23 y 30° C con un promedio de 26° C.

1.2.2 Generalidades agronómicas { B - 25 }

El achiote ( bixa orellana ), conocido también por los nombres de onoto, achote, bija o bixa, pertenece a la familia de las bixáceas, al género Bixa y a la especie Orellana. Es un arbusto de tamaño regular que mide entre 3 y 6 metros de altura, llegando a alcanzar hasta 10 metros; consta de un tallo cilíndrico recto que llega a desarrollar en su base de 20 a 30 centímetros de diámetro, el cual está sostenido por raíces leñosas ramificadas y cilíndricas. Las hojas son simples óvalos, alternas pecioladas, anchas, lampiñas y membranosas.

A pesar del notable tamaño que es capaz de alcanzar esta planta, pocas veces se le deja crecer por arriba del 1.5 m, podándosele continuamente en forma de copa a fin de captar la mayor cantidad de energía solar y así aumentar la producción; además, el evitar que el achiote crezca facilita la actividad de cosecha del fruto.

Fig. 4 Racimo de achiote

El fruto está constituido por una cápsula espinosa de dos centímetros aproximadamente, que se abre en valvas entre las placentas parietales, donde se alojan muchas semillas de las que se obtiene un colorante preparado de la pulpa anaranjada que recubre a las semillas. Es un cultivo perenne que puede dar producción rentable unos 18 años.

El fruto es de forma oval, con una punta alargada o en forma de castaña, con apéndices espinudos largos y suaves en la mayoría de los tipos; su color puede ser rojo, café, verde o amarillo cuando está maduro. Cada fruto puede tener de 30 a 60 semillas.

Fig. 6 Aspecto de achiote maduro

Fig. 7 Estructura interna del fruto de achiote

Las semillas se encuentran adheridas a la pared por medio de la placenta y son pequeñas, en forma de pirámide triangular, recubiertas de una capa acuosa de color rojo. Es relativamente pequeña, muy liviana cuando seca y está recubierta por una resina a manera

Grupo de semillas Espínulas

de pulpa, de color que varia de anaranjado brillante o rojizo a amarillento. Esta pulpa o capa resinosa es la que contiene el colorante que se explota comercialmente. Del interior de la semilla se obtiene la provitamina “A” , que se utiliza para enriquecer ciertos alimentos. El interior del fruto está compuesto por dos valvas; sin embargo, se pueden encontrar frutos trivalvares lo cual podría ser una característica benéfica para aumentar la capacidad de producción.

El achiote es una planta resistente a la sequía. Con mucha frecuencia produce considerables cosechas en condiciones relativamente adversas de suministro de agua. En muchos casos, cuando el tiempo es seco, la planta entra en una etapa de latencia e incluso presenta una fuerte defoliación como medio de defensa.

La clasificación botánica de la planta es como sigue: Subdivisión : Angiosperma Clase: Dicotiledónea Orden: Parietales Familia: Bixaceas Género: Bixa Especie: Orellana

1.2.3 Rendimiento por planta

La semilla seca obtenida del fruto del achiote constituye uno de los principales productos de consumo en el mercado de las especias, colorantes y alimentación avícola. Los rendimientos de semilla seca que son obtenidos por hectárea, representan la base de los beneficios económicos que los agricultores pueden esperar y el nivel de impacto que sobre el precio de compra se tendrá en los mercados nacional e internacional.

Los rendimientos registrados parecen variar de una fuente a otra; es cierto que el primer y segundo años de cosecha son los más bajos, estabilizándose el nivel óptimo de producción

hasta llegado el cuarto o quinto años, para los cuales se pueden esperar producciones de 4.5 a 5 kg de semilla seca por árbol en un año. Según el número de árboles/ha y otros factores que pueden afectar el rendimiento un productor puede obtener de 350 a 700 kg de semilla. {B - 1}

Otros rendimientos que han sido declarados son: India 600 kg/ha; Colombia 200 kg/ha; además, se han obtenido rendimientos individuales de 4.5 a 9 kg de semilla seca en árboles de cuatro años de clones seleccionados, lo cual puede considerarse un ideal de producción. {B - 16}

1.2.4 Enfermedades y plagas del achiote.

Entre las más importantes plagas y enfermedades que afectan a la planta están:

• Mildiú polvoriento.- Hongo que ataca principalmente las hojas, brotes jóvenes, flores y cápsulas. Se manifiesta por un polvo blancuzco que cubre las partes afectadas. En las hojas se genera una deformación en forma de cuchara y en ocasiones un enrrollamieno de las mismas. En ataques tempranos y severos puede producir la muerte de las plantas. Se combate mediante la aplicación de productos fungicidas a base de azufre.

• Mancha de la hoja.- Se presenta principalmente las hojas viejas de aquellos árboles que se encuentran creciendo bajo sombra. Esta enfermedad se caracteriza por producir manchas de color café rodeadas por un halo amarillento. En casos severos puede causar completa defoliación del árbol. Por métodos químicos se puede combatir mediante la aplicación de productos a base de cobre.

• Atta ( hormigas).- El daño que causan es el típico corte de media luna en las hojas. • Arañita roja.- Insecto que se alimenta succionando la savia de las hojas provocando así

una fuerte defoliación de estas.

• Lepidóptero.- Larva móvil aún no identificada que destruye las semillas en el interior de la cápsula provocando serios daños, actualmente, es la plaga que mayores daños causa al achiote.

Anteriormente se anotó que cuando los españoles llegaron al nuevo mundo, encontraron a los aborígenes embadurnados con achiote, para evitar la picadura de insectos ( mosquitos, zancudos, etc.), así como para su arreglo previo a sus celebraciones religiosas.

En los Estados Unidos y Europa, el achiote ha sido utilizado por mas de cien años en el coloreado de quesos y embutidos. Investigaciones por mas de 30 años han probado su seguridad para aplicación en alimentos y cosméticos, incrementándose su consumo ante una clara tendencia al no consumo de colorantes artificiales.

Un rubro en el cual el achiote no ha podido ser aprovechado es en el de la generación de colorantes para telas; dada su alta sensibilidad a la luz solar, cuando es aplicado sobre algún textil como el algodón, el color permanece muy poco tiempo tornándose café o negro al cabo de unos cuantos días.

1.3.1 Componentes del achiote.

El achiote está compuesto de los siguientes elementos: 1. Resina

2. Orelina ( materia colorante amarilla ) 3. Bixina ( Materia colorante roja ) 4. Aceite volátil

5. Aceite graso.

El siguiente cuadro, elaborado por el INCAP, muestra la composición y el valor energético de 100 gramos de achiote. { B - 14 }

Composición por 100 gramos de achiote.

NOMBRE Valor ener- gético Hume dad Proteí

na Grasa Fibra Ca P Fe Vit. _A Tiamina Ribofla_vina Niaci_na Cal % gr. gr. gr. gr. gr. gr. mg. gr. gr. gr.

Achiote fresco 54 84.4 0.0 0.3 0.5 7 10 0.8 45 0.00 0.05 0.3 No. de análisis 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 Seco 334 5.6 6.6 4.6 14.5 120 _{116 5.6 185 0.9 0.19 1.7} No. de análisis 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2

Tabla 1. Composición del achiote 1.3.2 Bixina.

La bixina fue identificada en 1825 como un pigmento carotenoide, soluble en grasas y aceites. Es el principal constituyente de la materia colorante del achiote representando mas del 80% del total de pigmentos. La bixina es encontrada en varias partes de la planta, pero su mayor concentración está en el mesocarpio carnoso (semilla).

El contenido de bixina en las semillas de achiote es de gran importancia para los importadores debido a que se toma como base en la fijación del precio. El porcentaje establecido es de 2.5 - 3.0%.

La bixina se puede convertir en un pigmento amarillo ( norbixina ) soluble en aceite por calentamiento con acético anhídro. Tiene una buena estabilidad a la oxidación, cierta estabilidad a la luz, buena estabilidad al calor pero ésta disminuye a altas temperaturas, cerca de los 125° C. { B -14 }

El colorante del achiote es estable al calor y relativamente estable a la luz, comparado con otros colorantes naturales. La estabilidad aumenta a bajas concentraciones de oxígeno o en presencia de antioxidantes, esta cualidad hace que el achiote tenga ventajas sobre el uso de colorantes sintéticos, los cuales reaccionan fuertemente con agentes oxidantes ( cloro o hipoclorito ) o agentes reductores ( dioxido de azufre, ácido ascórbico, azúcar invertido, y algunos sabores ), causando degradación del color.

En la actualidad el campo en el cual puede ser aplicado el achiote es muy basto, pudiéndose categorizar en los siguientes grupos:

• Doméstico • Medicinal • Industrial.

1.3.3 Sector doméstico

El achiote es muy utilizado en nuestro país como condimento para la preparación de diversos platillos típicos; éste se logra al triturar la semilla seca la cual posteriormente es mezclada con harina, chiles y vinagre, formando una masilla que es laminada y cortada en pequeños bloques de 50 gr y que son la presentación de venta al público. Otros de los principales usos del achiote es para colorear productos lácteos y cárnicos como las mantequillas, quesos, margarinas, chorizos, jamones, etc.

En la alimentación de las aves de corral se ha encontrado que el residuo que queda después del proceso de preparación del achiote, es una buena fuente de vitamina A. Se tienen experiencias en el sentido de que agregando un 3% de harina de achiote, a la ración alimentaria de las gallinas ponedoras aumenta el contenido de carotina de los huevos y por lo tanto mejora el color de las yemas. En las raciones para pollitos puede reemplazar del 30% al 50 % del maíz.

PRODUCTO DESCRIPCIÓN DEL

PRODUCTO

APLICACIÓN

Polvo soluble en agua Extracto de achiote con carbonato de potasio e hidróxido de potasio.

In document Diseño de colector de semillas de achiote para los productores del Estado de Tabasco (página 32-106)