Desarrollo de un modelo teórico experimental del proceso de corte del bagazo de caña de azúcar orientado al diseño óptimo de un sistema cortador

Abstract

Este trabajo tiene como finalidad obtener un diseño óptimo de un sistema cortador de bagazo de caña de azúcar mediante un desarrollo teórico-experimental. Como primer paso se realiza una contextualización e información del procesamiento de la caña. Se continúa con la realización del estado del arte, que comprende el estudio de las propiedades del bagazo de caña de azúcar, su utilización como biomasa y la descripción de modelos de poroviscoelasticidad que pueden tomarse como punto de partida para el modelo del presente trabajo. El desarrollo teórico se inicia con la implementación del modelo de poroviscoelasticidad transversalmente isótropo teniendo en cuenta las propiedades mecánicas del bagazo de caña de azúcar. Luego se planea y se ejecuta un diseño experimental factorial completo, con tres factores y tres niveles, para un total de 27 unidades experimentales, al cual se le realizaron 7 réplicas; se prosigue con la comparación de los resultados obtenidos por vía teórica con los experimentales, con el fin de validar el modelo desarrollado. La última parte de este trabajo comprende el diseño óptimo de un sistema cortador que se basa en los datos obtenidos durante el estudio del proceso de corte de bagazo de caña de azúcar; finalizando con las conclusiones donde se resaltan los resultados de esta investigación en la que se evidencia que la velocidad de corte y el ángulo de incidencia como factores independientes no tienen una influencia estadísticamente significativa, información que se convierten en un aporte importante para una mejor comprensión del fenómeno de corte de bagazo de caña de azúcar, del cual, de acuerdo a la investigación efectuada no se halló ningún estudio previo en el que se realice un enfoque como el aquí desarrollado. Lo anterior permite contar con mejor información sobre los niveles de referencia para los parámetros de corte y lograr diseños más eficientes de cortadores de bagazo de caña de azúcar.

Abstract. This work has the purpose to obtain an optimal design of a cutting system sugarcane bagasse through a theoretical and experimental development. A contextualization and information on the sugar cane processing carried out as a first step. It continues with the completion of state of the art, which includes the study of the properties of sugarcane bagasse, its use as biomass and the descriptions of poroviscoelasticity models which can be taken as starting point for the model of this work. The theoretical development is started by implementing of the transversely isotropic poroviscoelasticity model, taking into account the mechanical properties of sugarcane bagasse. Then a complete factorial experimental design was performed with three levels and three factors, for a total of 27 experimental units, to which 7 replicates were performed; after that, the theoretical results obtained are compared with the experimental results in order to validate the developed model. The last part of this work includes the optimal design of a cutting system based on data obtained during the study of the process of cutting sugar cane bagasse; this part ends with the conclusions where results from this research are highlighted in which it is demonstrated that the cutting speed as well as the angle of incidence as independent factors do not have statistically significant influence, such information becomes an important contribution for a better understanding of the phenomenon of cutting sugar cane bagasse, from which, pursuant to developed research no previous study was found making an approach like the one hereby developed. The above allows to have better information on the reference levels for the cutting parameters and to achieve more efficient designs for sugar cane bagasse cutting systems. Keywords: factorial design, poroviscoelasticity, finite element, sugar cane bagasse.