Diseño y simulación estática de un prototipo de descascarado y extracción de mecánica de aceite de semilla de Jatropha curcas L.

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se realizó el diseño mecánico de un prototipo de descascarado y extracción mecánica de aceite de semilla de Jatropha curcas L. proveniente del estado de Morelos. Dicho diseño se comprobó estáticamente por medio de la simulación (método de elementos finitos) y teoría de fallas mecánicas, analizándose los mecanismos de compresión por rodetes y el doble tornillo sin fin para la extracción de aceite. El objetivo de implementar los mecanismos de descascarado y extracción mecánica de aceite es el de dar un uso integral a la semilla de JCL, reduciendo la cantidad de contaminantes generados y valorizando los subproductos resultantes (cáscaras y pasta proteica). El dibujo mecánico de las piezas diseñadas y los planos de manufactura se realizaron en el software CATIA V5. La simulación estática de los mecanismos de descascarado y extracción de aceite se realizó por medio del software ANSYS Workbench 2020 R2 y cada analizando cada mecanismo por medio de la teoría de fallas mecánicas, específicamente por la teoría de energía de distorsión de Von Mises. De acuerdo con los resultados entregados por la simulación estática, utilizando un acero inoxidable AISI 316 para el análisis, se puedo determinar el correcto funcionamiento de los elementos mecánicos, sometidos a cargas estáticas constantes, siendo los factores de seguridad obtenidos para el rodete dinámico de 32, para el rodete estático de 272 y 18.79 para el mecanismo extruder. Estos resultados permiten observar que los elementos mecánicos trabajarán por debajo de su límite elástico, evitando fallas mecánicas estáticas por fractura o cedencia. Finalmente, el trabajo reporta el cálculo teórico de métricas verdes para el sistema completo, con lo que se busca resaltar la reducción de residuos contaminantes que se tendría con la implementación de este prototipo, la alta eficiencia de conversión de materias primas a productos y el beneficio energético del proceso. Se obtuvieron valores de TRE positiva del 1.1, una EMR del 91%, una IMP de 1.09 y un factor ambiental del 0.08. ABSTRACT: In the present work, the mechanical design of a prototype of dehulling and mechanical extraction of Jatropha curcas L. seed oil from the state of Morelos was carried out. The design was statically verified through simulation (Finite Elements Method) and mechanical failure theory, analyzing the compression mechanism and the twin extruder mechanism. The goal of implementing the mechanisms for dehulling and the mechanical oil extraction is to give an integral use for the JCL seed, reducing the amount of pollution wastes, generated by the process, and valuing the resulting by-products (shells and protein paste). The mechanical drawing of the designed parts and the manufacturing drawings were generated by the CATIA V5 software. The static simulation of the dehulling and oil extraction mechanisms was carried out by the ANSYS Workbench 2020 R2 software, analyzing each mechanism by means of the mechanical failure theory, specifically by the Von Mises energy distortion theory. According to the results delivered by the static simulation, using an AISI 316 stainless steel for the analysis, it is possible to determine the correct operation of the mechanical elements, subjected to constant static loads, being the safety factor for the dynamic impeller, 32, for the static impeller, 272, and 18.79 for the extruder mechanism. These results allow us to observe that the mechanical elements will work below their elastic limit, avoiding static mechanical failures due to fracture or yield. Finally, the work reports the theoretical calculation of green metrics for the complete system, which seeks to highlight the reduction of polluting waste that would be obtained by the implementation of this prototype, the high efficiency of conversion for raw materials to products and the energy profit of the process. Positive ERoI value of 1.1, PME value of 91%, PMI value f 1.09 and an E-Factor value of 0.08, were obtained