Computational Modeling and Simulation of a Forest Biomass Crusher in Ecuador
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Today, computer-aided design (CAD) allows to create, design, simulate, and analyze mechanical equipment in the industrial sector. Despite these technologies, there is a lack of equipment to process forest biomass in the laboratories of Ecuadorian Universities. This research aimed to develop a digital simulation model using computer tools to obtain a forest biomass crusher for laboratories. For this, Autodesk Inventor software methodology was used, integrating mechanical design data, as well as modeling and simulation for computational analysis of the structure. The results showed that the safety factor of the bearing, the cutting blades at an angle of 45º, a 90º hopper and a 2 mm mesh yielded 0.9 microliters and 15 microliters required minimum and maximum, respectively, to lubricate and prevent hardening of the mass of the working axis of the blades. It was obtained particles type sawdust of 75- 300 μm, reaching an efficiency of 95 % of the bearing cut, with maximum elasticity of the axis of 230.90 MPa and a voltage of 1-3 V. In conclusion, the computational analysis provides a reliability of 99 %, with a variation of 6.59 %, obtaining two mathematical models that analyze the efficiency and crushing of forest biomass with a performance of 62 % and a production of 240 g/min, ensuring that the equipment processes biomass to produce renewable energy in the Ecuadorian Amazon.
Actualmente, los diseños asistidos por ordenador (CAD, por sus siglas en inglés) permiten crear, diseñar, simular y analizar equipos mecánicos en el sector industrial. A pesar de estas tecnologías, faltan equipos para procesar biomasas forestales en los laboratorios de las universidades Ecuatorianas. Esta investigación tuvo como objetivo desarrollar un modelo de simulación digital usando herramientas informáticas para la obtención de un triturador de biomasa forestal para laboratorios. Para ello, se empleó la metodología del software Autodesk Inventor, integrando los datos del diseño mecánico, así como la modelación y simulación para el análisis computacional de la estructura. Los resultados mostraron que el factor de seguridad del rodamiento, las cuchillas cortantes en un ángulo de 45º, una tolva de 90º y una malla de 2 mm arrojaron 0.9 microlitros y 15 microlitros requeridos mínimo y máximo, respectivamente, para lubricar y evitar el endurecimiento de la masa del eje de trabajo de las cuchillas. Se obtuvieron partículas tipo serrín de 75-300 μm, alcanzando una eficiencia del 95 % del corte de rodamiento, con una elasticidad máxima del eje de 230.90 MPa y un voltaje de 1-3 V. En conclusión, el análisis computacional brinda una confiabilidad del 99 %, con variación del 6.59 %, obteniendo dos modelos matemáticos que analizan la eficiencia y el triturado de biomasa forestal con un rendimiento del 62 % y una producción de 240 g/min, asegurando que el equipo procese biomasa para la producción de energía renovable en la Amazonía ecuatoriana.
Actualmente, los diseños asistidos por ordenador (CAD, por sus siglas en inglés) permiten crear, diseñar, simular y analizar equipos mecánicos en el sector industrial. A pesar de estas tecnologías, faltan equipos para procesar biomasas forestales en los laboratorios de las universidades Ecuatorianas. Esta investigación tuvo como objetivo desarrollar un modelo de simulación digital usando herramientas informáticas para la obtención de un triturador de biomasa forestal para laboratorios. Para ello, se empleó la metodología del software Autodesk Inventor, integrando los datos del diseño mecánico, así como la modelación y simulación para el análisis computacional de la estructura. Los resultados mostraron que el factor de seguridad del rodamiento, las cuchillas cortantes en un ángulo de 45º, una tolva de 90º y una malla de 2 mm arrojaron 0.9 microlitros y 15 microlitros requeridos mínimo y máximo, respectivamente, para lubricar y evitar el endurecimiento de la masa del eje de trabajo de las cuchillas. Se obtuvieron partículas tipo serrín de 75-300 μm, alcanzando una eficiencia del 95 % del corte de rodamiento, con una elasticidad máxima del eje de 230.90 MPa y un voltaje de 1-3 V. En conclusión, el análisis computacional brinda una confiabilidad del 99 %, con variación del 6.59 %, obteniendo dos modelos matemáticos que analizan la eficiencia y el triturado de biomasa forestal con un rendimiento del 62 % y una producción de 240 g/min, asegurando que el equipo procese biomasa para la producción de energía renovable en la Amazonía ecuatoriana.