estudio de un dispositivo para tostar semillas de cacao

7/25/2019 Estudio de Un Dispositivo Para Tostar Semillas de Cacao

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UNIVERSIDAD DON BOSCO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

Tema:

Estudio de un dispositivo para tostar semillas de cacao.

Integrantes:

Burgos Portillo, Rafael Alejandro BP130266

Benavides Pineda, Francisco Antonio BP080733

Fabin Beltrn, Nelson Sonai FB071078

Ibez Fernndez, William Alexander IF111680

Ramos Rodrguez, Miguel Amlcar RR141804

Materia:Resistencia de los materiales.

Docente: Ing. Saturnino Gmez

Martes 23 de Junio de 2015.


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OBJETIVO Burgos Portillo, Rafael Alejandro

1. Aplicar los conocimientos obtenidos durante el curso de resistencia demateriales, con el fin de realizar el diseo de una mquina de tostadora cacao,considerando los problemas, soluciones y eleccin de materiales.

Objetivos Especficos

1. Establecer un sistema de procesamiento de la semilla del cacao para ponerlo adisposicin del ciudadano promedio, buscando que este sea un sistema de fcilmanejo, practico, seguro , de bajo costo y fcil construccin capaz de poder

procesar la semilla del cacao para hacer tablillas de chocolate.

2.

Determinacin de materiales, esfuerzos y dimensiones de las piezas con el fin delograr un buen funcionamiento de la mquina.

3. Que los materiales sean fciles de obtener en el mercado y que cumplan con losrequerimientos necesarios de durabilidad, capacidad de soportar tensiones,temperaturas y que no contaminen el producto final (en su color, en su sabor ocalidad final).


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Antecedentes. Benavides Pineda, Francisco Antonio

Siempre el ser humano ha buscado la forma de realizar las diversas actividades de unaforma ms fcil, rpida y segura para as dedicarse a otras actividades y en el caso detostado de semillas no es la excepcin. Con el descubrimiento de diversos granos actos

para el consumo, diversas propiedades y sabor el hombre ha visto en ellos una forma deobtener ingresos.

Debido a la demanda que estos generaban y el problema que se presentaba que losgranos primero deben de pasar por largos procesos de produccin, entre ellos el deltostado que en un principio se realizaba artesanalmente, el cual consista en calentar losgranos y mantenerlos en movimiento constantemente para tostarlos de manerauniforme, esto era muy cansado y demandaba grandes cantidades de tiempo, sinconsiderar que la calidad del mismo no era la mejor. El ser humano empez a buscar laforma que estos sean procesados de una forma ms fcil, bajo esta idea comenzaron aelaborarse molinos, tostadoras etc. Estas mquinas ayudaron a mejorar la calidad delos productos, optimizar tiempos, recursos, aumentar la produccin etc.

A lo largo del tiempo las tostadoras de semillas se han perfeccionado, en que podemosencontrar tostadoras, en el mercado ya sea para la industria o de uso comn, que sonmuy eficientes y que nos ofrecen distintos tipos de tostados para los diversos productosque se quieran realizar con las semillas.

Esto se puede observar en la maquina tostador de cacao CBR. Que tiene la posibilidadde ajuste de la temperatura y del tiempo de tostado, presin etc. Tambin con lamaquina tostadora de caf TKM-SX 1 que tambin posen control a temperaturas, afugas, cmara para el enfriamiento etc.

Algo que se tiene en comn las tostadoras de semillas, es poseer un tambor en el cualse colocan las semillas este so pone a calentar mientras gira respecto a un con el fin detostar las semillas uniformemente.

Adems de poseer diversos mecanismos para lograr que el tambor gire y el podercontralar la temperatura.

Estos tambores son fabricados de acero inoxidable, ya que las propiedades del acero esuno de los materiales ms baratos y poseen buenas propiedades mecnicas como altomdulo de elasticidad, resistencia a esfuerzos soportan altas temperaturas etc. Al serinoxidable resiste a la corrosin, lo que ayuda a que la pieza no se deteriore y perdureen el tiempo.


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Justificacin Ramos Rodrguez, Miguel Amlcar

El proyecto nace de la necesidad que surge en los hogares de las zonas rurales del paspara poder tostar de manera adecuada y uniforme la semilla del cacao para fabricar latablilla.

Se sabe que al momento de tostar la semilla, la manera que lo hacen en los hogaresciertas reas de las semillas no se tuestan de manera uniforme, ya que al momento demover las semillas de cacao no todas se voltean de la misma manera, como tambin sesabe que utilizan calor como energa para tostar el producto, pero este calorsuministrado por lea no puede ser el adecuado para realizar la operacin, podra serdemasiado alto o por el contrario muy poco disminuyendo el tiempo de tostado oaumentndolo respectivamente.

La mquina realizara un proceso por el cual se controlara la temperatura adecuada a la

cual el producto estara finalizado, como tambin la maquina tendra un movimientorotacional por el cual lograra que las reas logren uniformidad en el tostado.

La novedad del proyecto radica en la manera en que facilita el proceso de tostado delcacao porque no ser necesario que las personas estn sometidas al calor, como tambina la uniformidad de la coccin de las semillas, y el tiempo en el cual estas estn listas

para enfriar, as mismo la maquina tendr la ventaja que extraer de manera adecuada labasura del proceso de tostado.

Se considera de importancia ya que este proyecto vendr a beneficiar al sector rural del

pas en gran manera, y ms a las personas que se dedican a este rubro, se les evitarasometerse a temperaturas elevadas que pueden perjudicar su salud posteriormente.

Su enfoque es principal mente al rea de diseo y seleccin adecuada de materialescalculados por medio de los esfuerzos y deformaciones a los que sern sometidos en el

proceso de operacin que la maquina tendr en su vida til.

El aporte de la ctedra se da en el momento que se aplican los conocimientos obtenidosmediante el anlisis de esfuerzos, deformaciones y momentos al que esta ser sometida,

para que de manera adecuada se seleccionen las dimensiones de la maquina sin sobre

dimensionarla o sin que est presente dimensiones insuficientes, logrando con esto quelos materiales no fallen en el momento en que estn operando.

El aporte a la universidad es que al momento de que se ponga la maquina enfuncionamiento se d a conocer que alumnos de la Universidad Don Bosco fueron loscreadores y diseadores de tal maquina dando as mayor credibilidad y mejor prestigioa la universidad.

La maquina tostadora de cacao, se ha pensado de manera que se utilicen algunosmateriales reciclados, as baja el costo de produccin de esta y se ayuda al medio

ambiente a reutilizar materiales ya fabricados, alargando la vida de ellos y evitando quese sometan a procesos nuevamente para otros fines.


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ALCANCES Fabin Beltrn, Nelson Sonai

1. Redisear una maquina tostadora de semillas (en este caso se utilizara solo paracacao) con el fin de reducir el esfuerzo fsico, tiempo y dinero a las personas deescasos recursos que se dedican a la elaboracin de tablillas de chocolate.

2.

Disear una maquina tostadora de semillas de cacao a una escala menor, que laque el mercado industrial posee.

3. Proponer un rediseo de fabricacin optimo, para la maquina tostadora desemillas, tal que cuide de la higiene y calidad del producto, as como laseguridad industrial para las personas que la utilicen.

LIMITANTES

1. El proyecto de ctedra ser una propuesta de rediseo de una maquina tostadorade semillas convencional; por lo tanto, no se contempla la fabricacin tangiblede dicha mquina.

2. La nueva propuesta para el mercado, expuesta en este proyecto, cumplir confuncionalidad bsica de las mquinas y no poseer innovaciones en sus

procesos.3. El tiempo proporcionado es menos de seis semanas el cual es bastante reducido

para un rediseo de una mquina de cacao que cumpla con altos estndares decalidad.


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Ya teniendo claros los problemas a las cuales hay que buscarles soluciones, se prosiguia buscar maquinas tostadoras de semillas de cacao con el fin de conseguir ideas para eldiseo de nuestra maquina como la forma en que estas tostan las semillas,funcionamiento, piezas con las que est formada la mquina y los materiales con queestn elaborados. Esto se lleva acabo buscando en patentes de mquina y en diversossitios de internet en el que se dan informacin tcnica acerca de alguna tostadora yaexistente.

Teniendo claro cmo se tostaban las semillas de cacao se llega a la conclusin de esteproceso es el mismo para tostar otras semillas ya sea el caf, el man etc. Estaconclusin fue de vital importancia ya que nos ampli el panorama de como buscar lasmaquinas ya existentes.

Fabin Beltrn, Nelson Sonai

De manera experimental, se realizo un ensayo, comprando semillas de cacao y haciendopruebas con ella, calculando el tiempo y la temperatura a la cual el cacao estuvo listo.Este experimento consiste en:

El ensayo se realizo en un horno utilizado en los hogares para tostar pan, tort illas etc. Setomaron dos pruebas de las cuales a la misma vez se le sometieron a diferentes procesosde tostado.

NOTA: Las pruebas se llevaron a cabo en un horno elctrico debido a que en estemaquina se puede llevar datos ms precisos, como lo son la temperatura y el tiempo de

tostado, debido a que en un comal se dificulta mucho tomar la temperatura a la cualestn siendo sometidas las semillas.

Horno elctrico en el que sellevaron a cabo las pruebas detostado de las semillas de cacao


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PRUEBA # 1:

PRUEBA # 2:

En esta prueba las semillas fueron sometidas auna temperatura de 150 C durante un tiempo de37 minutos, el problema era que a pesar de quela temperatura se puede controlar se perda calor

debido a que se tena que abrir el horno paramover las semillas y que se tostaranuniformemente para que se desprendiera lacascara de la parte que se utiliza. Pero minutosdespus nos dimos cuenta que a pesar del tiempoque se tuvieron sometidas al calor las semillasalgunas no haban desprendido la cascara que las

protege, debido a este fenmeno se tuvo quesometerlas nuevamente a la misma temperatura

Esta es una imagen de las semillas decacao despus de haber sidosometidas al calor y luego peladas amano

Esta imagen muestra cmo se ven las semillas despusde ser sometidas a una temperatura de 350 C duranteun corto tiempo de 15 minutos, las pruebas indican quea pesar de la temperatura a la cual fueron sometidas nose nota a simple vista la diferencia, pero al tratar de

desprender la cascara de las semillas, se hizo conmucha facilidad y no hubo necesidad de volverlas ameter al horno.


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NOTA:A las personas que se les entrevisto y se dedican a la realizacin de tablillas de

chocolate, comentaron que para obtener una buena pasta de chocolate de primeracalidad lo que hacen es lo siguiente:

1. Tostar ligeramente las semillas hasta que la cascara que las protege este losuficientemente suelta para poder desprenderla con los dedos, no se debe tostardemasiado porque si no algunas semillas se quemaran ms que otras

2. Despus que se han pelado se vuelven a poner en el comal para poder tostarlasmejor y poder darles un tratamiento igual a todas para que quede bien cocido

Ibez Fernndez, William Alexander

Gracias a esta investigacin se concluye que se necesitara un contenedor cilndrico quese calentara y dentro de este se colocaran las semillas y se le pondr a girar para que lasemilla sea tostada de forma uniforme. Tambin que se necesitara una forma decontrolar la temperatura dentro de la mquina para que esta no se queme.

Ya con toda esta investigacin y conclusiones se realiz la propuesta del prototipo elcual cosiste en.

Como la construccin de la maquinaria se har de manera local, se ha concluido que unaparte fundamental de la maquina, se puede realizar reutilizando el tambor de lavadoras

que se encuentran en el pas. Para ello, debemos conocer los beneficios de utilizar eltambor de lavadora.

Imagen de las semillas peladasde la segunda prueba


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El tambor es de una manera cilndrica, normalmente son de acero inoxidable, para que

no acumulen bacterias en su superficie, lo cual es ideal para la aplicacin, debido a queno abra contaminantes externos en la produccin del cacao. El tambor a utilizar se llamatambor de diamante, debido a que en l tiene pequeos agujeros que ayudan a que laropa no se adhiera, estos nos beneficiara en nuestra aplicacin, porque buscamos que lamisma mquina descascare la semilla del cacao. Podemos observar en la siguientefigura como es la estructura superficial del tambor de lavadora escogido.

En el mercado local, la obtencin de lavadoras de apertura frontal, es muy difcilencontrar, lo que nos obliga a utilizar lavadoras de apertura superior, para ello debemosde conocer primeramente las partes de la lavadora, lo que nos facilitara descartar losmateriales que no se utilizaran y los materiales beneficiosos para la maquina.

Como observamos en el dibujo esquemtico, las partes a utilizar es el tambor en s,removiendo el agitador, que es el que mueve la ropa, considerando que el tambor de la


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lavadora ya posee un eje, que est adaptado a una polea que est conectada medianteuna faja al motor de la lavadora. Como podemos ver, las longitudes que posee lalavadora en su tambor, en cuanto a su altura, son demasiadas, se le tiene que realizar uncorte, para reducir esta rea.

Para determinar la longitud que deber tener el contenedor, se analizara el volumen totalque consta 5 lb de cacao. En base a investigaciones en la red, se ha determinado que elcacao tiene un peso de 3.55g +/-0.72, lo cual nos facilitara para determinar las semillastotal en 2.5Kg, equivalente a 5 lb.

En la misma investigacin, se determino medidas aproximadas de las semillas, el largoronda entre los 20mm y 30mm, el ancho entre 10 y 17mm y el espesor entre 7 y 12mm.

Se aproximara el volumen total de las semillas, asumiendo que son paraleleppedos, losque nos dar un margen de seguridad para que las semillas no se ubiquen una sobre otra.

Se toma un factor de seguridad por lo que el volumen a tomar ser de 20mm3, estevolumen nos ayudara para determinar la altura que tendr el tambor de lavadora. En

base a investigaciones, el dimetro del tambor ronda por los 48mm, por lo que paradeterminar la altura, se expresa de la siguiente manera.

Como observamos, la medida de un tambor oscila por el metro de altura, lo que se letendr que remover la parte excedente de este, as podremos lograr que las semillasestn distribuidas de manera uniforme, para que la coccin sea de manera simultnea entodas ellas. Al tambor se le tiene que agregar una compuerta que permita la introduccinde las semillas, esta compuerta puede ser de cierre a presin, lo cual nicamente seabrir con una fuerza contraria a lo que ejercer la semilla. Tomando en cuenta todosestos detalles, trabajando la pieza del tambor, cortndolo y agregndolo una tapadera,con su respectiva compuerta, se vera de la siguiente manera.


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El propio tambor de lavadora proporciona el eje de giro, por lo que nos facilita este tipode construccin. Para poder girar este tambor, se ha dispuesto utilizar un motor delimpia parabrisas de un automvil, estos motores, tiene una velocidad de 2500 a 3000rpm, lo que contiene un sistema de reduccin incorporado, lo que permite lograr unas50 a 70 rpm.

Como el tambor ya dispone de su polea y faja, el motor que tiene la lavadora, tambindispone esta polea, por lo que se soldara esta polea hacia el motor limpia parabrisas,

para poder optimizar los recursos de reciclaje. Para fijar el motor, es necesario realizarun chasis que sostenga al tambor de lavadora, como al motor mismo y los componentes


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electrnicos, que sern los encargados de censar la temperatura para que sea constante ymantener al motor trabajando.

Se dispondr a hacer un marco tipo encajonado, en donde se buscara la manera de hacerla forma del tambor de lavadora. Estas medidas son aproximadamente las mismas que

las antes mencionadas, como un aumento significativo para que tenga libre movimientoen el, para la colocacin de las resistencias en su tostado y los soportes que tendr en elotro extremo, ya que el tambor solo dispone de un eje provisto en una parte de l. En lasiguiente imagen podemos observar el esquema mencionado.

Ramos Rodrguez, Miguel Amlcar

Se puede observar que se pretende encerrar el tambor de lavadora, esto por los motivosde aislarlo de la parte externa y as se conserve el calor en el interior. El largo del chasisviene por 18cm, de ancho 58cm y de alto 90.5cm. Esta provista de una caja en la parte

posterior, en la cual estar el motor limpia parabrisas y la circuitera que se mencionaposteriormente. Como se menciono, el tambor de la lavadora, nicamente tiene un eje alcostado, por lo que se considero realizar el siguiente arreglo para poder solventar el

soporte necesario para que gire de manera adecuada.


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Se puede observar que se ha propuesto colocar tres rodamientos para que el tambortenga fijeza en el chasis y tenga la libertad de girar de la manera adecuada. Lasresistencias se ha determinado colocarlas en la parte de abajo, sujetas a un soporte queestar soldada al extremo del chasis, donde estarn empalmadas para su soporte fijo.

Ramos Rodrguez, Miguel Amlcar

Ibez Fernndez, William Alexander


Benavides Pineda, Francisco Antonio

Burgos Portillo, Rafael Alejandro

Para tener un tostado uniforme en las semillas de cacao, es necesario tener unatemperatura constante, por lo que se dotara de dos resistencias para cocina de 110VACy 1000W, como se observan en la siguiente imagen.


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Para la temperatura es necesario controlarlas de manera automtica, para ello sedispondr de la ayuda de la electrnica, que nos censara a tiempo real la temperatura enese momento y si se sobrepasa de la temperatura 110C desactivara las resistencias paraque no continen calentndose. El circuito a utilizar se muestra en la siguiente figura.

El circuito est pensado para sea lo ms sencillo posible, con componentes normales ybaratos, pero que a la vez sea lo ms flexible posible. El circuito empieza por la

alimentacin de 12VDC en el conector CN4 y con el diodo D1, el D1 es una proteccincontra descuidos por inversin de polaridad. Lo sigue un regulador del tipo ajustable


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que es sper conocido lm317, pero en versin mini el LM317LZ que puede entregarcomo mximo unos 100mA, este circuito se ha fijado a una tencin de 8,2V por mediode un divisor de tencin compuesto por R1 y R2. Esta tensin es la que alimenta el IC2LM311 y le sirve como referencia fija de tencin por medio de las resistencias R4, R5.El sensor es el transistor Q1 muy comn un BD137, el ajuste de la temperatura serealiza por medio de untrimmer VR1, este tiene que ser multivuelta para que el ajustesea lo ms preciso posible. En la salida del IC2 patilla 7, por una parte tenemos un LEDD3 indicador de funcionamiento y en serie un optoaislador. Por otra parte tenemos undriver construido a partir de un transistorDarlington el Q2.el Q2 junto con R9, R10,R11 y C7 implementan un temporizador que al producirse la desconexin del circuito,ralentizan poco a poco el calentamiento de las resistencias, le da un margen deactuacin

Podemos apreciar que el circuito tiene una entrada de 12VDC, lo cual requiere uncircuito rectificador, debido a que la maquina ser conectada a la red elctrica local, de110VAC a 60Hz, por lo que es necesario regular la tensin y rectificarla. Para ello seimplementara el siguiente circuito.

Con esto garantizamos que la alimentacin sea la suficiente para el circuito controladorde temperatura. Es necesario detallar que las resistencias consumen 8.33A, por lo que esnecesario tener una etapa que controle esta potencia requerida, para ello debemos deaislar ambas etapas. Este circuito estar conectado a la salida CN2, el cual se observa enla siguiente imagen.
http://en.wikipedia.org/wiki/Trimmer_(electronics)http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_Darlingtonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_Darlingtonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Trimmer_(electronics)


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El motor de limpia parabrisas, se ha dispuesto a controlarse de manera manual, por loque su activacin es mediante un switch, que estar controlando la fuente dealimentacin de 110VAC a 12VDC y tambin el motor. Se dispone as para tener uncontrol total sobre l, este motor trabaja con voltaje directo, por lo que la fuente seduplicara y se dispondr a construir dos, una para la alimentacin del motor y otra paraalimentar el circuito controlador de temperatura.


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Anexos Burgos Portillo, Rafael Alejandro


Tostadora de caf TKM-SX 1 Gas (cafemino)

Modelo: TKMSX-1 Gas Cafemino

Capacidad

bandeja:de 50 gr. a 1 Kg. de caf verde

Tiempo de tostar:10 Minutos para tostado normal.12 Minutos para tostado oscuro.

Capacidad por

hora:6 Kg./hora con tostado normal5 Kg./hora con tostado oscuro

Fuente de

energia:LPG / Gas natural / LPN

Sistema de calor: Transferencia termal

Dimensiones: 52 x 81 x 100 Cm

Peso: 82 Kg.

Voltaje: 110-220-230 Voltios, 50-60 Hz.

Consumoelctrico:

0,54 Kw. - 5,7 Amp.

Motores: 3 Motores

Colores:- Negro- Verde

- Rojo- Otros

Materiales:- Acero inoxidable

- Cobre


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Sistemas de seguridad:- Seguridad de gas y sistema de piloto y ignicin electrnica: Conexin corta gas.- Control de fuego: Para evitar cualquier incendio.Control de temperatura: Controles y indicadores Digitales de TemperaturaOtras caractersticas

Deposito para polvo (Chaff Collector) (Cyclone) incluida.Tuesta y refrigera al mismo tiempo.Ventana de vidrio para controlar el proceso tostado.Manual de funcionamiento.Aspirador de alta capacidad (Fan) para refrigeracin.Componentes de gas y electricidad compatibles a CEUL estndars.Imagen general

Tostadora de caf TKM-TX1 Gas Cafemino

Principios de funcionamiento de la mquina

-Carga el grano de caf segn la capacidad de bandeja.-El proceso de tueste toma lugar dentro del bombo.-Durante el proceso el polvo se deposita dentro del espacio de polvo por el fanaspirador.-El polvo y las cascaras se depositan dentro del quemador de humos.

-El caf se tuesta por transferencia termal.-El caf se tuesta de manera homognea.-El grano despus de ser tostado pasa al enfriador.-El caf se enfra a temperatura ambiente y el calor sobrante es absorbido por lamquina.-Se puede empezar a tostar de nuevo mientras el caf de la tostada anterior se estenfriando.


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estudio de un dispositivo para tostar semillas de cacao

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