agro industriales
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROYECTO DE SISTEMA AGROINDUSTRIALES
Tema:
“Estudio de un sistema de trituración de manzanas en empresas productoras de vino”
Nombres:
Benavides Geovanny
Guananga Mauricio
Gualpa Alex
Naranjo Juan
Pilatagsi Jaime
Sailema Christian
Curso: Noveno
Paralelo: A
Fecha: 12 de Agosto del 2014.
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL........................................................................................................2
ÍNDICE DE TABLAS..............................................................................................................4
ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................4
CAPÍTULO I...................................................................................................................5
EL PROBLEMA..............................................................................................................5
1.1. TEMA.....................................................................................................................5
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...........................................................................5
1.2.1. Contextualización............................................................................................5
1.2.2. Análisis crítico.................................................................................................6
1.2.3. Prognosis........................................................................................................6
1.2.4. Formulación del problema..............................................................................6
1.2.5. Preguntas directrices.......................................................................................6
1.2.6. Delimitación del problema..............................................................................7
1.2.6.1. Delimitación del contenido..........................................................................7
1.2.6.2. Delimitación espacial...................................................................................7
1.2.6.3. Delimitación temporal.................................................................................7
1.3. JUSTIFICACIÓN.......................................................................................................7
1.4. OBJETIVOS..............................................................................................................8
1.4.1. Objetivo general.............................................................................................8
1.4.2. Objetivos específicos.......................................................................................8
CAPÍTULO II..................................................................................................................9
MARCO TEÓRICO........................................................................................................9
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS................................................................................9
2.2. FUNDAMENTACIÓN FILOSÓFICA..................................................................................9
2.3. FUNDAMENTACIÓN LEGAL..........................................................................................9
CAPITULO III..............................................................................................................14
METODOLOGÍA..........................................................................................................14
3.1 ENFOQUE...............................................................................................................14
3.2 MODALIDAD..........................................................................................................14
3.3 NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN.......................................................................15
3.4 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES.....................................................16
3.4.1 VARIABLE DEPENDIENTE..........................................................................................16
3.4.2 VARIABLE INDEPENDIENTE......................................................................................17
3.5 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN...............................................................17
3.5.1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS...................................................................................17
BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................18
ANEXOS........................................................................................................................19
Anexo A..........................................................................................................................20
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CENTRAL.....................................................................20
MATRIZ DE INVOLUCRADOS.............................................................................................20
LISTADO DE PROBLEMAS.................................................................................................21
FILTRO Y ORGANIZACIÓN DE PROBLEMAS........................................................................21
ÁRBOL DE PROBLEMAS....................................................................................................23
SOLUCIONES....................................................................................................................24
PONDERACIÓN DE SOLUCIONES.......................................................................................24
TEMA...............................................................................................................................25
PROPUESTA.....................................................................................................................25
ANEXO B.......................................................................................................................25
CÁLCULOS del DISEÑO DE LA TRITURADORA DE MANZANA....................25
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.Variable Dependiente...................................................................................................16Tabla 2.Variable Independiente................................................................................................17Tabla 3.Preguntas Básicas.........................................................................................................18Tabla 4.Matriz de involucrados.................................................................................................20Tabla 5.Dimensiones de la probeta...........................................................................................26Tabla 6. Fuerza obtenida en el ensayo de compresión.............................................................26Tabla 7. potencia Pb de la correa..............................................................................................42
ÍNDICE DE FIGURAS
Ilustración 1. Fuerza sometida a la cuchilla................................................................................29Ilustración 2. Propiedades Mecánicas acero inoxidable 316 L...................................................30Ilustración 3 Diagrama de Cuerpo Libre Eje..............................................................................32Ilustración 4. Fuerzas en el Plano y – x......................................................................................33Ilustración 5. Fuerzas en el plano z-x.........................................................................................33Ilustración 6. Valores de Acabados Superficiales.......................................................................34Ilustración 7.Factores. Fuente: Shigley......................................................................................34Ilustración 8 Viscosidad y Temperatura de Servicio..................................................................37Ilustración 9. Factor a23 para Rodamientos...............................................................................38Ilustración 10. Factor de Serivicio..............................................................................................39Ilustración 11. Numero de Ciclos y RPM...................................................................................39Ilustración 12. Longitud de Banda.............................................................................................40Ilustración 13.Junta Soldada de la Tolva....................................................................................42Ilustración 14. Factores de Acabados Superficiales....................................................................45Ilustración 15. Factores de Confiabilidad...................................................................................46Ilustración 16. Factores de esfeurzos para filete.........................................................................46Ilustración 17. Fuerzas Que soportan los pernos........................................................................47Ilustración 18. Bridas de acero inoxidable..................................................................................48
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1. TEMA
Estudio de un sistema de trituración de manzanas en empresas productoras de vino
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1. Contextualización
En la actualidad, el mundo está atravesando un crecimiento sin precedentes en el cual
todo tipo de industrias productivas deben estar en constante innovación y desarrollo y la
industria alimenticia no es la excepción.
Cada vez el mercado se vuelve más competitivo y aumenta la demanda de los
productos, los clientes son más exigentes en relación a la calidad, costos y prestaciones
que brindan los productos, en especial los alimenticios y bebidas, que para ser más
atractivos deben cumplir con muy altos estándares de calidad e higiene a fin de
precautelar la salud de los consumidores.
Por lo cual es de gran importancia mejorar las condiciones en las que se transforma la
materia prima en las diferentes fábricas de vino del Cantón Ambato, que en muchas
ocasiones presentan una inadecuada transformación de la materia prima.
Es entonces que por medio de este proyecto, se podrá obtener una máquina trituradora
de manzanas con lo cual es posible aumentar la producción de vino y así satisfacer las
necesidades del mercado.
5
1.2.2. Análisis crítico
El tipo de trituradoras que encontramos en el mercado no es la adecuada para el proceso
de trituración de manzanas porque la máquina en mayoría de los casos se la construye
con los materiales inadecuados para dicho proceso.
Se necesita una trituradora que su tipo de accionamiento nos sirva para realizar una
trituración continua y no tengamos que realizar varias paradas para realizar la trituración
deseada.
El diseño y construcción de la trituradora de manzanas se lo va realizar para satisfacer
las necesidades del proceso de trituración para la fabricación del vino.
1.2.3. Prognosis
Con la finalidad de estar a la par de las exigencias y desafíos del sistema productivo
actual es preciso mejorar las condiciones de trituración para obtener así la materia prima
para la fabricación del vino.
Es por ello que con una adecuada máquina trituradora de manzanas, se obtendrá una
mejora sustancial de la productividad.
1.2.4. Formulación del problema
¿Se podrá aumentar la productividad en la fabricación del vino mediante un adecuado
proceso de trituración de la manzana?
1.2.5. Preguntas directrices
¿Se podrá diseñar una trituradora de manzanas que sea capaz de abaratar costos?
¿Qué tipo de mecanismo se puede desarrollar para que la trituración sea continua y no
se realice varias paradas?
¿El diseño de la trituradora será el adecuado y no necesitará de varias personas para
realizar la trituración?
6
¿Se presentan riesgos laborales con la inadecuada trituración de manzanas en las
fábricas productoras de vino?
1.2.6. Delimitación del problema
1.2.6.1. Delimitación del contenido
El enfoque del diseño y construcción de una trituradora de manzanas está enmarcado
dentro del diseño mecánico, selección de materiales y aplicación de conocimientos
referentes a la asignatura de Sistema Agroindustriales.
1.2.6.2. Delimitación espacial
La máquina trituradora de manzanas se realizará en el periodo académico comprendido
entre Abril-Agosto 2015.
1.2.6.3. Delimitación temporal
La máquina trituradora de manzanas se realizará en el periodo académico comprendido
entre Abril-Agosto 2015.
1.3. JUSTIFICACIÓN
Ecuador no tiene una tradición de elaborar vino, tampoco productos con denominación
de origen. Mucho se podría hablar sobre productos tradicionales, en algunos casos mal
llamados vinos, que se han elaborado en algunos lugares del territorio. Pero, al margen
de este hecho, la producción de vinos puede ser una de las posibles alternativas para
hacer más sostenible el cultivo de frutas típicas del Ecuador como son las manzanas.
Existen en la actualidad, esfuerzos ciertamente aislados que pretenden lograr productos
de alta calidad. Hay tantos factores que influyen en la calidad final de un buen vino que
hacen de esta actividad productiva una combinación de ciencia y arte.
7
Es debido a las inadecuadas condiciones de higiene y procesamiento de vinos de
manzana que este sector productivo se ha quedado rezagado en relación a otros sectores
y a otros países en los que los vinos son destinados inclusive a la exportación.
De ahí la importancia de la creación de una maquina que mejore las condiciones de
procesamiento de vino de manzana que permita la reducción de la manipulación y
contaminación excesiva y sobre todo una mejor calidad y productividad que además
contribuirán al desarrollo del sector.
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. Objetivo general
Diseñar y construir una trituradora de manzanas para aumentar la productividad de vino.
1.4.2. Objetivos específicos
Analizar qué tipo de materiales se utilizara en la construcción de la trituradora
mediante una investigación previa para obtener una maquina eficiente y de
buena calidad.
Determinar los sistemas para que la trituradora funcione con un pequeño motor
sin utilizar esfuerzo humano.
Construir una trituradora que sea de fácil accionamiento.
Satisfacer el presupuesto para realizar el diseño y la construcción que cumpla
con la exigencia del mercado.
Demostrar las ventajas que nos brinda este tipo de trituradora al momento de
realizar la trituración de la manzana
8
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
No existen trabajos o estudios realizados referentes al tema de extracción de la pulpa de
manzana en la Universidad Técnica de Ambato en la Facultad de Ingeniería Civil y
Mecánica, por lo tanto es ideal realizar uno para el desarrollo industrial y tecnológico
del sector de la industria en la zona centro del país, y aprovechar de mejor manera los
recursos de inversión en alternativas que ayuden a surgir al sector con sus productos.
Esto da un paso a una serie de innovaciones, aumentando la producción y reduciendo
costos en el producto final, ya que en el presente trabajo se resume nuestra investigación
en una alternativa que creemos es la más conveniente para obtener una respuesta a
nuestra problemática.
2.2. FUNDAMENTACIÓN FILOSÓFICA
El presente proyecto de investigación se sustenta en el mejoramiento de la extracción de
pulpa de manzana para la elaboración de vinos. Con la implementación de una máquina,
se estaría aumentando la cantidad de materia prima (pulpa de manzana), incrementando
la producción de vinos en industrias dedicadas a esta actividad.
2.3. FUNDAMENTACIÓN LEGAL
Para el caso de la manzana, no es necesario ningún permiso para la siembra del
producto. Es una fruta que se puede producir libremente sin restricción legal en el
ámbito nacional. En cuanto a la comercialización de la fruta, existen requisitos previos
para la exportación, como son los certificados de carácter fitosanitarios emitidos por el
Servicio Ecuatoriano de Sanidad Vegetal (SESA)
9
Máquinapara la trituración de
manzanas Mejorar el proceso
productivo
Variable dependiente
Procedimiento de producción
Planificación del proceso
Actividad productiva
Agroindustria
Política de calidad
Tecnología
Variable independiente
2.4 Categorías fundamentales
2.5 Fundamentación teórica
2.5.1 Agroindustria
Se define Agroindustriacomo la rama de industrias que transforman los productos de la
agricultura, ganadería, riqueza forestal y pesca, en productos elaborados.
Son procesos de selección de calidad, clasificación (por tamaño), embalaje-empaque y
almacenamiento de la producción agrícola, a pesar que no haya transformación.
10
Transformaciones posteriores de los productos y subproductos obtenidos de la primera
transformación de la materia prima agrícola.
2.5.2 Despulpado de la fruta
Pulpa es la parte comestible de las frutas o el producto obtenido de la separación de las
partes comestibles carnosas de éstas, mediante procesos tecnológicos adecuados. La
pulpa se diferencia del jugosolamente en su consistencia; las pulpas son más espesas, se
deshecha la cáscara, la semilla y el bagazo, los jugos son más fluidos o líquidos.
Se denomina pulpa de fruta al producto resultante de dividir la parte comestible de la
fruta de la cascara hasta obtener el jugo que es el producto liquido exprimido de la fruta
sin diluir, concentrar, ni fermentar, esto solo se puede realizar a pocos tipos de frutas
debido a su característica estructural y química ya que en estos casos solo se puede
obtener el jugo y de otras únicamente la pulpa que va a depender del método de
extracción que se vaya a utiliza.
Las pulpas deben ser obtenidas de frutas sanas, maduras, limpias, exentas de parásitos,
residuos tóxicos de pesticidas y desechos animales o vegetales
Las frutas que han alcanzado un grado de maduración avanzado, sin llegar al deterioro,
se caracterizan por poseer un aroma, color y sabor característico y una textura firme,
con ligero inicio de ablandamiento, lo cual permite obtener una pulpa de alta calidad.
2.5.3 Método de obtención de la pulpa
Trituración.
Cuando la reducción de tamaño se realiza por trituración los equipos más empleados
son:
Desintegrador de cuchillosrotativos
Molino de martillos.
Desintegrador de roscatérmica.
11
Desintegrador de cuchillos rotativos.
Poseen un control de velocidad de acuerdo con la fruta;el tamaño del triturado se regula
con mallas que varían de 1/8 a 3/4 de pulgadas según el grosor necesario.
Despulpado.
Despulpado. Operación de separación en la que entra al equipo la fruta entera
(Manzana),para separar la pulpa de las partes no comestibles. Debe realizarse lo más
pronto posible, después que la fruta ha llegado a la planta y ha recibido las operaciones
de adecuación.
Las despulpadoras, por lo general, son horizontales, de diferentes capacidades; están
fabricados de acero inoxidable, para el despulpado se utilizan paletas de acero
inoxidable, cepillos de nailon y bandas de caucho. Las paletas metálicas se emplean
para separar semillas de alta dureza.
Este proceso se utiliza para separar de la fruta, las semillas, fracciones de la cáscara que
afectan la calidad del material; de la misma manera continua la reducción del tamaño
mejorando la homogeneidad del producto. Los equiposmásutilizados son:
Despulpador horizontal.
Despulpador horizontal de tornillo.
Despulpadorinclinado de escobillas
Despulpador horizontal.
Consta de un eje horizontal en el cual se fijan unas paletas de acero inoxidable, de
caucho o escobillas de nylon; la capacidad de extracción está regulada por la mayor o
menor distancia entre las paletas y una malla cilíndrica que los recubre; la regulación de
la distancia está ligada a la clase de fruta que se pretende despulpar.
La eficiencia de esta operación depende del tamiz utilizado, cuanto menor es el tamaño
de los orificios y menor la distancia entre las paletas y el tamiz, dará una pulpa más
refinada y homogénea, puesto que a menor distancia ejercen más presión sobre el
producto; es necesario regular esta presión para evitar las roturas de las semillas. Este
12
despulpador posee además unaabertura localizada longitudinalmente a lo largo del eje
horizontal o boca de salida, que permite eliminar el material residual que no pasa a
través del tamiz
2.6 Hipótesis
¿La implementación de una máquina para la trituración de manzanas permitirá mejorar
el proceso de producción en las empresas productoras de vinos de la agroindustria
ecuatoriana?
2.7 Señalamiento de variables
2.7.1 Variable dependiente
Mejorar el proceso productivo
2.7.2 Variable independiente
Máquina para la trituración de manzanas
13
CAPITULO III
METODOLOGÍA
3.1 ENFOQUE
En el presente trabajo es una investigación de enfoque cualitativo, porque se
llevará a cabo un estudio del proceso de trituración de manzana para la
elaboración de vino. Este enfoque se encuentra las valoraciones de los recursos
como el económico, humano y tiempo.
La información utilizada en este trabajo fue recolectada de fuentes como tesis,
libros y también fuentes secundarias como artículos de internet, toda la
información recolectada se analizó y luego se la aplicó para realizar el diseño de
la trituradora de manzana.
Cualitativas. Es decir se investigará los elementos mecánicos adecuados que
componen una máquina de transporte de acuerdo a normas de diseño de máquinas,
que sea novedoso y de cualidades de uso de tecnología moderna.
Cuantitativas. El diseño de una máquina debe tener dimensiones de ancho, alto y
profundidad en dependencia de los parámetros del proceso de manufactura
moderna.
3.2 MODALIDAD
Bibliográfica.
Se manejará una investigación bibliográfica porque se recolectará toda la
información necesaria para profundizar y desarrollar toda la teoría, conceptos y
criterios de selección de los distintos libros, catálogos, publicaciones científicas, revistas
de diversos autores, para obtener un juicio aceptable para la construcción.
De Campo.
Para el proceso de trituración de manzanas es necesario un estudio sistemático de los
hechos que se producen.
Experimental.
El estudio se lo realiza mediante la observación, registro y análisis de las variables
intervinientes en la investigación sobre modelos y ambientes artificiosamente creados
para facilitar la manipulación de las mismas.
Se realiza una investigación que nos permita diseñar los elementos mecánicos para un
correcto funcionamiento, y nos permita seleccionar los elementos mecánicos necesarios.
Se realiza el análisis y comportamiento de los elementos mecánicos que componen la
máquina.
3.3 NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN.
3.3.1 Exploratoria
Debido a que se realizó un estudio o investigación que nos ayudó a tomar decisiones
para una posterior medición más profunda de los parámetros de interés para mejorar el
sistema de trituración de las manzanas.
3.3.2 Descriptivo
Se puede predecir que el proyecto cumple con las necesidades que el sector artesanal ha
detectado en relación a la trituración de manzanas para la elaboración de vino.
3.3.3 Asociación de variables
16
En este proyecto fue importante asociar las variables, ya que de esta forma se pudo
determinar si en realidad la implementación de un buen sistema trituración de manzanas
aporto a mejorar la calidad del proceso de producción.
.
3.4 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES
3.4.1 VARIABLE DEPENDIENTETabla 1.Variable Dependiente.
Conceptualización Dimensiones Indicadores Ítems Técnicas e
instrumentos
Sistema de
trituración de
manzanas que
consiste en una
adecuada
manipulación de la
materia prima asi
como la utilización
de técnicas
adecuadas para la
realización de este
proceso con la
finalidad de
disminuir los
tiempos de
producción
Sistemas de trituración
Elementos de control
Tiempo de proceso
Mantenimiento del sistema
Posturas detrabajo
¿Qué tipo de control necesitaría en la máquina para realizar el trabajo?
¿Qué tiempo toma en triturar 100 manzanas?
¿Qué tipo de mantenimiento se daría a la máquina?
¿Cómo se manipulará la máquina?
1. Manuales 2.Mecánicos 3.Eléctricos 4. Hidráulicos
1- 20 min
21- 40 min 41- 80min
1.Semestral 2.Mensual 3.Cuando se dañe
Pie Sentado
Bibliográfica Libros internet
Entrevista Cuestionario
Observación
Registro específico
Registro Ficha de observación
Registro Ficha de observación
Fuente. Autores
17
3.4.2 VARIABLE INDEPENDIENTE
Tabla 2.Variable Independiente
Conceptualización Dimensiones Indicadores Ítems Técnicas e
instrumentos
Pasos y estrategias
a poner en marcha
la producción para
agilitar los
procedimientos de
elaboración
controlados de una
manera adecuada
desde que se aplica
hasta que se
encuentra listo esto
se lo realiza
mediante el control.
Estrategias de marcha
Procedimientos de elaboración
Producción
¿Qué tipo de trabajo es el más adecuado para su elaboración?
¿Qué tipo de Manzana es la más requerida en el mercado?
¿El tiempo de máquina satisface la exigencia del productor?
Manual Semiautomático
res carne blanca borrego cerdo
Si No
ObservaciónPrácticaRegistroEspecífico
Entrevista
Cuestionario
Práctica
Estadística
Fuente: Autores
3.5 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN.
3.5.1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
La recolección de información para el presente trabajo de investigación, radicará
fundamentalmente en la observación directa y estudios de tipo experimental, también
usaremos información del Internet para obtener los datos técnicos y normas para la
construcción del proyecto.
Para la recolección de la información se utilizó
18
Tabla 3.Preguntas Básicas
PREGUNTAS BÁSICAS EXPLICACIÓN
1.- ¿Para qué? Para alcanzar los objetivos de la
investigación.
2.- ¿De qué personas u objetos? Trituracion de manzanas
3.- ¿Sobre qué aspectos? Indicadores (Operacionalización de
variables)
4.- ¿Quién? ¿Quiénes? Investigador
5.- ¿Cuándo? Octubre 2015
6.- ¿Dónde? Cantón Ambato
7.- ¿Cuántas veces? Una vez
8.- ¿Qué técnicas de recolección? Observación y Encuesta
9.- ¿Con qué? Instrumentos: registro y cuestionario
10.- ¿En qué situación? Accesible, factible, sin restricciones,
Fuente: Autores
BIBLIOGRAFÍA
http://www.elmercurio.com.ec/432256-jipijapa-tiene-camal-con-con-procesos-
ecologicos/#.VIZtKskS35c
Pontón A. (2006). Reingeniería del camal municipal de Machala. Recuperado de
www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/13813/3/Tesis%20Completa.pdf
el 8 de Diciembre del 2014
http://es.slideshare.net/ronlen1988/memoria-descriptiva-de-una-industria-de-
vino
http://slideplayer.es/slide/1080736/
http://www.ambiente.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2013/03/
PART11.pdf
http://mx.daifukumexico.com/products/74/347/910/Automotive/
ChainConveyor-System/Trolley-Conveyor
http://www.madridsalud.es/temas/materiales_contacto_alimentos.php#
19
ANEXOS
Anexo A. Análisis de problemas y soluciones del proyectoAnexo B. Cálculos del sistema de transporte
20
ANEXO A
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CENTRAL
Inadecuado sistema de trituración de manzanas en las empresas productoras de vino
MATRIZ DE INVOLUCRADOS
Tabla 4.Matriz de involucrados
Actores Interés Recurso y mandato Problemas Entidades gubernamentales
Obtener mayores niveles de productividad y desarrollo nacional
Recursos económicos
Leyes, decretos y reglamentos.
Planificación sectorial
Limitado desarrollo en sectores productivos.
Inadecuada planificación sectorial y estratégica.
Escasa tecnificación en actividades productivas
Dirigentes de empresas productoras de vino
Obtener ganancias y buenos resultados disminuyendo costos
Liderazgo. Reglamentos
locales e internos.
Limitadas propuestas de mejora.
Trabajadores Obtener ingresos realizando su trabajo en un medio adecuado
Organización Fuerza laboral
Riesgos laborales físicos, biológicos, ergonómicos
Clientes Obtener productos de buena calidad
Poder adquisitivo. Comunicación.
Productos de baja calidad
Productos contaminados
Fuente: Autores
21
LISTADO DE PROBLEMAS
Inadecuado sistema de trituración de manzanas en las empresas productoras de
vino.
Desconocimientos de técnicas adecuadas para la correcta trituración de las
manzanas.
Insuficiente capacitación al personal.
Limitado apoyo de entidades gubernamentales
Desinterés en la mejora y tecnificación de procesos y tareas
Insuficientes propuestas de implementación de sistemas de trituración de
manzanas.
Escasas alternativas en el mercado
Presencia de riesgos en el lugar de trabajo
Ineficaz sistema de control de calidad de productos
Desorganización interna
Carencia de un correcto organigrama
Inadecuada organización de procesos productivos
Mala distribución de espacio físico disponible
Uso incorrecto de equipos de producción sanitarios, equipos de trabajo y
herramientas.
FILTRO Y ORGANIZACIÓN DE PROBLEMAS
Inadecuado sistema de trituración de manzanas en las empresas productoras de
vino.
Desconocimientos de técnicas adecuadas para la correcta trituración de las
manzanas.
22
Insuficiente capacitación al personal
Uso de técnicas y transporte y manipulación de alimentos incipientes y
obsoletas.
Desinterés en la mejora y tecnificación de procesos y tareas
Insuficientes propuestas de implementación de sistemas de trituración de
manzanas.
Escasas alternativas en el mercado
Uso incorrecto de equipos de producción sanitarios, equipos de trabajo y
herramientas.
Inadecuada organización de procesos productivos
Ineficaz sistema de control de calidad de productos
Mal proceso de la materia prima disponible.
23
ÁRBOL DE PROBLEMAS
Figura 1. Árbol de problemas. Fuente: Autores
24
Inadecuado sistema de trituración de manzanas en las
empresas productoras de vino
Levantamiento y manipulación inadecuada de pesos excesivos
Contaminación de productos
Desconfianza en los clientes
Producción lenta
Baja calidad de productos
Insuficiente capacitación al personal
Desconocimientos de técnicas adecuadas para la correcta manipulación de productos alimenticios
Incumplimiento de normativas apropiadas para el manejo de productos alimenticios
Presencia de riesgos en el lugar de trabajo
manipulación de alimentos incipientes y obsoletos
Desinterés en la mejora y tecnificación de procesos y tareas
Alternativas de tecnificación disponibles en el mercado excesivamente costoso y complejo
Insuficientes propuestas de implementación de sistemas de Trituración de manzanas
Escasas alternativas en el mercado
Poco desarrollo en el sector
Pérdidas económicas y de productos
Inexistencia de reglamentos y políticas internas
Uso incorrecto de equipos de protección sanitarios, equipos de trabajo y herramientas
Mala distribución y aprovechamiento del espacio físico disponible
Inadecuada organización en los procesos productivos
Carencia de un correcto organigrama
Ineficaz sistema de control de planificación de productos
SOLUCIONES
Denominación Solución Problema que resuelveS1 Personal no capacitados Capacitación al personal sobre
formas de manipulación de productos alimenticios.
S2 Carencia de maquinaria para la trituración de manzanas.
Diseño y construcción de una máquina para la trituración de manzanas.
S3 Recursoseconómicosinsuficientes. Impulsar el desarrollo de una matriz productiva a través de creditos gunernamentales.
PONDERACIÓN DE SOLUCIONES
Factible 3
Probable 2
No factible
1
Solución Económico Tecnológico Innovación Importancia Total
S1 2 3 2 3 10
S2 2 3 3 3 11
S3 3 3 1 2 9
De acuerdo a los resultados obtenidos en la ponderación la solución más factible es la
solución número 2 Diseño y construcción de un máquina de trituracion de manzanas.
25
Solución Total
S1 10
S2 11
S3 9
TEMA
Estudio de un sistema de triturado de manzanas en empresas productoras de vino para
optimizar la producción.
PROPUESTA
Diseño y construcción de una trituradora de manzanas en empresas productoras de vino
para optimizar la producción.
ANEXO B
CÁLCULOS DEL DISEÑO DE LA TRITURADORA DE MANZANA
ESTUDIO PARA LA DETERMINACIUON DE LA FUERZA PARA PICAR LA
MANZANA
Para la determinación de la fuerza que se requiere para picar la manzana se lo realizara
experimentalmente.
PROBETA1 PROBETA2
Ø6.5cm*4.8cm Ø7.5cm*5.5cm
Fuente;Autor
Una vez realizado el ensayo de compresión se ha obtenido los datos de la fuerza de
compresión que fue necesarios para romper las probetas de manzanas.
Tabla 5. Fuerza obtenida en el ensayo de compresión
PROBETAS FUERZA DE
COMPRESION EN
lb
FUERZA DE
COMPRESION EN
kg
1 48 21.77
2 72 32.66
Fuente;Autor
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE CORTE
26
Para la determinación de la fuerza de corte se utilizara las siguientes ecuaciones.
Esfuerzo de compresión: σ c
FA
Donde
F= Fuerza de compresión.
A= área de aplicación de la fuerza de manzana.
σ c=Esfuerzo de compresión
Esfuerzo cortante máximo
τ=0 .5 σ
τ=Fc
A c
Donde
FC = Fuerza de compresión.
AC = área de aplicación de la fuerza de manzana.
τ =Esfuerzo cortante
Cálculo del valor de la fuerza de corte
A=π∗r2=π∗(3 .75 )2=44 .17cm2=4417 .86mm2
τ=0 .5 σ
τ= 0 . 5∗30kgf
4417 . 86mm2=0 . 0034 ( kgf
mm2)=0 . 03327( N
mm2)
τ=0 .03327( N
mm2)
De acuerdo a los parámetros que se obtuvo la picadura de la manzana debe reducirla a
trozos de 1cm*1cm o más pequeños por lo que;
AC=1∗1=1( cm2 )
27
Debido a que se desea triturar varias manzanas la disposición de las cuchillas se las
colocara de modo que se pueda triturar 20 áreas en total por lo cual:
AC=1∗20=20(cm2 )=2000mm2
Determinación de la fuerza de corte:
τ=Fc
A c
FC=τAC
FC=0 .03327 ( N
mm2)∗2000mm2=66 .54 (N )
FC=66 .54 (N )
DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA QUE SE REQUIERE
Para determinar la potencia que se requiere se utilizara la siguiente formula:
Pc=FcV c
Donde :
Fc= Fuerza de corte
V c=Velocidad de corte
La velocidad de corte o velocidad lineal relativa entre pieza y herramienta corresponde
a la velocidad tangencial en la zona que se está efectuando el desprendimiento de viruta,
es decir, donde entra en contacto la herramienta con la pieza y debe irse en el punto
desfavorable.
V c=π∗D∗n(m /min )
Donde
28
D= diámetro correspondiente a la pieza o herramienta (m)
n= número de revoluciones por minuto a que gira la pieza o la herramienta (rpm)
Diámetroequivalente de cuchilla
de=0 .808∗(0 . 707∗h∗l )1/2
Donde
h= altura
l= longitud
de=0 . 808∗(0 . 707∗10∗10 )1/2
de=6 . 79mmPara 1 cuchilla
de t=6 .79mm∗20=135 .88mm
Por lo tanto la velocidad que se necesita para triturar la manzana es
V c=π∗0 . 135∗1750=742 .20 (m /min )
Pc=FcV c=66 .54 N∗742.20( mmin
)∗( 1 min60 seg
)=823.099( Nmseg
)
Potencia en hp es:
29
Pc= 1.1hp
Potencia nominal
Pn=Pc
n
n= rendimiento
Pn=Pc
n
Pn=1.1hp0 . 9
=1. 22hp
DISEÑO DE LA CUCHILLA.
Ilustración 1. Fuerza sometida a la cuchilla. Fuente: Los Autores
Según el catalogo Bohler procederemos a utilizar un acero inoxidable austenítico, la
denominación del mismo AISI 316 L.
30
PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL.
Ilustración 2. Propiedades Mecánicas acero inoxidable 316 L. Fuente: Catalogo Bohler
Sut = 700 N/mm2
Sy = 235 N/mm2
Se realiza el diseño con estos datos.
DISEÑO ESTÁTICO:
Obtención del factor de diseño estático.
Fc = 66.54 [N]
A = 10 [mm2]
σ=FcA
= 66.54
1∗10−5=6654000
N
m2
Factor de seguridad.
SA= Resistencia.
31
σ A= Esfuerzo.
n=S A
σ A
=235∗106
6654000
n=35.32
El factor de seguridad estático es alto por lo que justifica que no falle dinámicamente.
DISEÑO DEL EJE
TORQUE - PAR MOTOR
Pn=T∗w
T=PnW
Dónde:
Pn= Potencia nominal
Pn = 1.22 hp = 911.41 Nm/s
T= Torque
W= velocidad angular
W=1750
revmin
∗2πrad
1 rev∗1min
60 s=183
rads
T=911.41183
=4.98Nm=498Ncm
Este valor del torque estará ubicado en el plano y – z.
DISEÑO DEL EJE (ESTÁTICO)
32
Para el diseño del eje se considera que se encuentra acoplado a un motor eléctrico, el
mismo que transmite la potencia necesaria al cilindro porta cuchillas apoyado sobre dos
rodamientos los mismos que absorben la fuerza radial.
Diseño del eje motriz
Ilustración 3 Diagrama de Cuerpo Libre Eje. Fuente: Los Autores
Wc = 462.56 (N)
Q=W c+Fc
Q=462.56+66.54
Q=529.1Ncm
Dónde:
Q = Carga uniforme distribuida
Fc = Fuerza de corte 66.54 (N)
L= Longitud del eje (cm)
Wc = Peso del cilindro porta cuchillas.
DETERMINACIÓN DE CARGAS SOBRE EL EJE
Se procede hallar las incógnitas.
33
Plano y -x
Ilustración 4. Fuerzas en el Plano y – x. Fuente: Los Autores
Plano z-x
Ilustración 5. Fuerzas en el plano z-x. Fuente: Los Autores
Se realiza la sumatoria de fuerzas en los planos Y-X y el plano Z-X, para obtener las
reacciones en cada uno de los apoyos.
Dónde:
RBy= reacción en el punto B.
RAy= reacción en el punto A.
RBz= reacción en el punto B.
RAz= reacción en el punto A
DISEÑO DEL EJE (FATIGA)
Ecuación de fatiga de materiales
Se=Se ’∗Ka∗Kb∗Kc∗Kd∗Ke
Donde para los aceros se tiene:
34
Para el diseño se utilizara un acero inoxidable AISI 316 cuyo Sut= 700 N/mm2 y Sy= 235N/mm2
M=56878,25N.cm
T=498N.cm
Se ’=0.5∗Sut
Se ’=0.5∗¿70000N/cm2
Se ’=35000 N /cm2
Ka = factor de superficie
k a=a∗(Sut )b
Ilustración 6. Valores de Acabados Superficiales. Fuente: Shigley
k a=4,51(700)−0.265
ka=0.8
Kb = factor de tamaño = 1.0
Ilustración 7.Factores. Fuente: Shigley
Kc = factor de confiabilidad = 1
Kd = factor de temperatura = 1
Ke = factor de concentración de esfuerzos = 1/Kf
q = sensibilidad a las ranuras = 0.5
Kt = factor teórico de concentración de esfuerzos = 1.6
Ke = 0.8
Kf=1+q∗(Kt−1)
Kf=1+0.5 (1.6−1 )
Kf=1.3
Se=35000∗0.8∗1∗1∗1∗1∗0.8∗1.3
35
Se=29120N /cm2
Para el cálculo de los esfuerzos que actúan sobre el eje se utiliza la siguiente ecuación:
tan (2α )=M∗SutT∗Se
2α=tan−1(M∗SutT∗Se )
2α=tan−1(56878.25∗70000498∗29120 )
2α=89.79 °
Cálculo de la componente de amplitud mediante la siguiente ecuación:
σ a=32M∗sen (2α)
π∗d3
σ a=32∗56878,25∗sen (89,79)
π∗3,673
σ a=11720.49N /cm2
Cálculo de la componente de esfuerzo medio mediante la siguiente ecuación:
σ m=32M∗cos (2α )
π∗d3
σ m=32∗56878,25∗cos (89,79)
π∗3,673
σ m=42,95N /cm2
Aplicando la ecuación de Goodman modificada se tiene:
σa
Se+σm
Sut=1n
11720,4929120
+ 42,9570000
=1n
0,40=1n
n=2,5
Por lo que el valor obtenido del factor de seguridad garantiza que el eje de transmisión no falle por fatiga.
SELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS
El#derevolucionesasumidoesde1750rpm
ConunAceiteISO15
36
FuerzaRadial
Fr=0,532KN
Unavidaaproximadade8000horas.
h=15000h
95%deconfiabilidad
p=rodillorígidodebolas
Solución
Obtencióndea1,a2,a3
a1=0,62(confiabilidaddel95%)
a2=1(Metal)
a3=1,7(impuestodelcatálogode0,8a3,8)
Cálculo del valor C:
C=p∗p√¿¿
C=0,532 KN∗3√¿¿
C=2,82 KN
Con el valor de C buscamos en el catálogo FAG un rodamiento acorde al valor de C
Rodamientorígidodebolas627estándar
Datos:
Co=3,25KN
C=1,37KN
D=22mm
d=7mm
B=7
Cálculo de viscosidad real y necesaria
Viscosidadnecesaria:
υ1=K∗4500❑√h∗dm
dm=(D+d )
2
υ1=1∗4500
❑√191∗14 ,5dm=
(22+7 )2
=14 ,5mm
υ1=85,51mm2
sk=a=( 1000
n )13
37
k=a=( 100015000 )
13 =0,4<1 .. . k=1
Conelvalorde υ1 yeldiámetromediobuscamosenelcatálogoFAGlatabladeviscosidadparaobtenerlaviscosidadreal.
Ilustración 8 Viscosidad y Temperatura de Servicio. Fuente: Catalogo FAG.
DadoelaceiteISO15ylaT0=20ºcalculamoselvalordev
υ=34,6mm2
sCálculo de los valores de K
K= υυ1
K= 34,685,51
=0,40
K=K 1+K 2
K=0+0(Ac .Conocido)
K=0
ConlosvaloresobtenidosdeKbuscamosenlatabladelcatálogoFAGelvalordea23
K=0,40
K=0
38
Encontramos: a23=1,12
Ilustración 9. Factor a23 para Rodamientos. Fuente: Catálogo FAG.
Comprobación
C=p∗p√¿¿
C=0,532 KN∗3√( 15000h∗1750 rpm∗60
0,62∗1∗1,12∗(106) )C=3,202 KN .. . Elrodamientoescorrecto
DISEÑO Y SELECCIÓN DE LA BANDA
Datos:
Potencia 1,2HP= 0,90Kw
Revoluciones a transmitir PRM= 1750 rpm
Horas de funcionamiento 12 horas
Diámetro de la polea conducida d= 76,2 mm y conductora D=101,6mm
μ = 0,9
Potenciarequerida
De la siguiente tabla se tomara el factor de servicio
39
Ilustración 10. Factor de Serivicio. Fuente: Catalogo.
C2= 1,2
Preq=P*C2
Preq=0.90Kw*1,2
Preq= 1,07Kw
Con la potencia requerida y en número de revoluciones ingresamos a la siguiente tabla
para determinar q tipo de banda es.
Preq= 1,07Kw
n=1750 rpm
Ilustración 11. Numero de Ciclos y RPM. Fuente: Shigley
40
La banda a seleccionar es una tipo A
Tenemos una distancia entre centros de 427 mm =C1
Determinamos la longitud de la banda necesaria.
Lp=π2
(D+d )+2C1+¿¿
Lp=π2
(101,2+76,2 )+2 ( 427 )+¿¿
Ilustración 12. Longitud de Banda Fuente: Catalogo.
De la tabla de mediciones obtenemos una banda A 43 con LP=1133
El ángulo entre ramales será igual a:
Ƴ=2Φ=2arcsen (D−d2C1
¿
Ƴ=2arcsen (101.2−76,2
2(427)¿
Ƴ=33,6°
El ángulo abrazado por la polea es igual a:
α = 180°- Ƴ
α=180°-33,6°
α=146,64°
41
La potencia Pb que transmite una correa A 43 será:
Tabla 6. potencia Pb de la correa
diámetro 71 80 76,2Rpm 1700 0,89 1,38 1800 0,91 1,43 1750 0,90 1,405 1,09Kw
Fuente: Autores
La potencia Pd que transmite una correa A 43 será:
Pd=0,68Kw este valor se determinó por medio de interpolación.
Tabla 8. Potencia Pd de la Correa. Fuente: Catalogo.
De la tabla anterior tenemos un CƳ=0,9065
Tabla 9. Factor de Corrección Cl en función de Tipo y longitud de la Correa. Fuente: Catalogo.
CL=0,91 se asume dicho valor.
Potencia permitida:
Pa= (Pb+Pd)* CƳ * CL
Pa= (1,09+0,68)* 0,9065 * 0,91
Pa=1,32 Kw
42
Número de correas para transmitir un potencia P=1,1 Kw
n¿PPa
=1,1
1,32= 0,92 Correas
n=1
Angulo abrazado con el μ = 0,9
α=146,6 °180°
π α=2,56
Coeficiente de tracción será:
φ=m−1m+1
Donde:
m=eμα
m=e (0,9 )∗(2,36 ) φ=8,38−18,36+1
m=8,29 φ=0,724
La velocidad periférica de la correa es igual a:
V= d∗n∗π60000
=(76,2 )∗(1750 )∗π
60000
V=6,62 m/s2
DISEÑO DE LAS JUNTAS SOLDADAS.
El análisis para el diseño de las soldaduras se realiza en base al diseño estático y dinámico de las juntas soldadas entre el eje motriz y el cilindro porta cuchillas.
Diseño estático de las juntas soldadas entre el eje motriz y el cilindro porta cuchillas.
Fuerzas que actúan para el cálculo de las juntas soldadas
RAY = 264.55 [N]
RBY = 264.55 [N]
T = 4,98 [Nm]
43
Ilustración 13.Junta Soldada de la Tolva.
Datos:
Altura de la sección soldada h= 0,006m asumida para los cálculos
Figura Área Momento polar del área unitario
A=1,414∗π∗h∗r Ju=2∗π∗r3
Tabla 10. Propiedades Geométricas de Torsión en Soldadura.
R= Radio
Calculo del área de la garganta:
A=1,414∗π∗h∗r
A=1,414∗π∗0.006∗0.021
A=5.59∗10−4m2
Calculo del momento polar del área unitario:
Ju=2∗π∗r3
Ju=2∗π∗0,0213
Ju=5,81∗10−5m3
Calculo del momento polar de la junta:
44
J=0,707∗h∗Ju
Ju=0,707∗0,006∗5,81 x10−5
J=2,47∗10−7m4
Calculo del esfuerzo cortante del metal soldado:
τ 1=RAy
A+M∗r
J
M=F∗d
M=264,55∗0,021
M=5,55 N∗m
τ 1= 264,55
5,59∗10−4+ 5,55∗0,021
2,47∗10−7
τ 1=19,118 MPa
Para el diseño se utilizara un acero inoxidable AISI 316 cuyo Sut= 700 N/mm2 y Sy= 235N/mm2
Calculo del factor de seguridad estático:
τ=0,577∗Syn
n=0,577∗Syτ
n=0,577∗235 x 106
19,118 x 106
n=7,1
45
Diseño Dinámico de las Juntas soldadas entre Eje Motriz y el cilindro
portacuchillas.
Se halla el límite de fatiga por viga rotatoria.
Se’=0.5*Sut
Se’=0.5*400
Se’= 200 MPa
Para encontrar el factor de superficie que modifica la resistencia se aplica la ecuación:
Ka = a*Sutb
Ilustración 14. Factores de Acabados Superficiales. Fuente:(Budynas,2008)
donde:
a = 272MPa
b = -0.995 k a=272(400)−0.995
ka=0.701
Para obtener el diámetro equivalente se usara la siguiente ecuación.
de =0.808 * (0.707 * h * l)1/2
de =0.808 * (0.707 * 0.006*2π*0.021 )1/2
de =0.019 m
Encontrado el diámetro se calcula el factor de tamaño, como el elemento se encuentra a
torsión se utilizará la siguiente formula.
46
kb=0.879 *d-0.107
kb=0.879 * 0.019 -0.107
kb=1.34
Para el factor de temperatura se tiene:
kc = 0.59
El factor de temperatura
kd = 1
Para una confiabilidad del 50 % se tiene un factor de confiabilidad:
ke= 1
Ilustración 15. Factores de Confiabilidad. Fuente:(Budynas,2008)
El factor de efectos varios
kf = 1
47
Kf = 2.7
Ilustración 16. Factores de esfeurzos para filete. Fuente:
Según la ecuación el límite a fatiga es:
Se=kakb kckd ke kfSe ´Kf
Se=(0.701)(1.34)(0.59)(1)(1)(1)(200)2.7
Se = 41 MPa
Al resolver la siguiente ecuación se tiene:
Ssu = 0.67*Sut
Ssu= 0.67*400
Ssu = 268 MPa
Para el esfuerzo cortante, la línea de Goodmansegú n la ecuación 4.34 es:
n= 1τaSse
+τmSsu
=Sse+Ssu
τa∗Ssu+τm∗Sse
El factor de seguridad a fatiga del metal soldante es:
n= 41∗2684.05∗(268+41)
n=8.7
El factor de seguridad obtenido garantiza una estabilidad en los elementos soldados.
SELECCIÓN DE PERNOS PARA EL ACOPLE EJE MOTRIZ Y MOTOR.
Los pernos que se va a seleccionar están sometidos a corte.
48
En la figura 4.16 se muestra las fuerzas a las que están sometidos los pernos.
Ilustración 17. Fuerzas Que soportan los pernos.
49
DISEÑO A CORTE.
Para obtener el número de pernos que se necesita para el acople del eje motriz y motor
se utiliza la siguiente tabla.
Ilustración 18. BRIDAS DE ACERO INOXIDABLE. Fuente:Hastinik
Para un diámetro de 20 mm, el cantidad de tornillos son 4 y rosca M12
La fuerza que soporta cada perno se obtiene de la siguiente relación.
50
T= 4076.5N/cm
Ftotal= 4076.5/0.8= 5095.63 N
F=5095.634
=1273.75N
El esfuerzo por corte se calcula con la siuiente formula:
τ=F perno
A
τ=4 F perno
π r2 =4 (1273.75 )
π (7 x 10−3 )2
τ=33.1MPa
La resistencia fluencia al corte:
Ssy = 0.577*Sy
Sy = 276 MPa Ssy = (0.577)(276)
Ssy = 159.25 MPa
El factor de seguridad es:
n=Ssyτ
n=159.2533.1
=4.8
El factor de seguridad satisface los requerimientos de diseño, por lo cual se escoge la
cantidad de 4 pernos M16 para una brida de 95 mm de diámetro.
51