MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO

“DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN SISTEMA PARA LA OBTENCIÓN DE CAFÉ MOLIDO”

Profesor:

Serna Villanueva, Ronald.

Carrera: C10 –V

Sección: F

Alumnos:

Bueno Altamirano, Elvis

Cabanillas Casafranca, Moisés

Díaz Wong, Marcelo

Julca Valencia, Pedro

Sifuentes Acuña, Fernando

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Diseño y Fabricación de un Sistema para la Obtención de Café

Molido A. Objetivos: .............................................................................................................................. 3

B. Marco Teórico: ..................................................................................................................... 3

Molienda: .......................................................................................................................... 3

Tipos de Molienda: ...................................................................................................... 3

Fundamentos de Diseño en Ingeniería Mecánica: ........................................................ 4

Tolerancia y ajustes: .................................................................................................... 4

Uniones y acoples: ....................................................................................................... 5

Arranque de motores AC: .......................................................................................... 10

Bandas Transportadoras:.......................................................................................... 13

Reductores de velocidad: .......................................................................................... 14

Mecanizado: ............................................................................................................... 14

C. Equipos y Materiales: ........................................................................................................ 16

D. Procedimientos: ................................................................................................................. 17

E. Observaciones: ................................................................................................................... 21

F. Conclusiones: ..................................................................................................................... 21

G. Anexos: ............................................................................................................................... 22

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“Diseño y Fabricación de un Sistema para la Obtención de Café Molido”

A. Objetivos:

Aplicar los conocimientos obtenidos durante la carrera.

Demostrar conocimientos y aptitudes tecnológicas.

B. Marco Teórico:

Molienda:

El proceso de molido implica reducir a polvo el grano de café recién tostado.

Después del tueste, el café se traslada a un silo sellado herméticamente. El

molido incrementa la superficie de café que está en contacto con el oxígeno,

lo que provoca que pueda perder sus aromas más rápidamente. Por este

motivo, este proceso se lleva a cabo en un entorno libre de oxígeno.

El café se coloca en un molinillo. El grado de molido se calcula de modo que

se adapte a la mezcla concreta de variedades que componen el café.

Un molido preciso y constante es esencial para conseguir una calidad

perfecta, taza tras taza. Es cuestión de encontrar el equilibrio exacto entre

los diversos atributos que se desea obtener de cada Grand Cru: acidez,

amargor, cuerpo y notas aromáticas.

El molido de los granos de café influye especialmente sobre el tiempo de

fluido en el momento de la preparación. Cuanto más fino se muela el café,

más lentamente pasará el agua a través de él, y más intenso y amargo será

su sabor. En cambio, si el nivel de molienda no es tan fino, el café no

expresará la complejidad de determinados aromas.

Tipos de Molienda:

Molino de Tornillo Sinfín

Molino de Rodillo

Molino de Placas

Molino de Martillo

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Fundamentos de Diseño en Ingeniería Mecánica:

Tolerancia y ajustes:

Se entiende como tolerancia al máximo valor admisible para las dimensiones de

una determinada pieza mecánica, sin que se vea afectado el normal

funcionamiento de la pieza y por ende el normal funcionamiento del sistema del

que la pieza es parte.

Las tolerancias ISO (Organización Internacional de Normalización) se definen

mediante la posición y la calidad.

a. Calidad.

Se define como calidad a la diferencia entre el valor máximo de la cota

admisible (ds) y el mínimo valor de la cota admisible (di), expresado en

micras de metro (μm).

IT= ds-di

Existen 18 diferentes calidades de fabricación indicadas con los símbolos

IT1, IT2, IT3, etc., que corresponden escalonadamente desde las calidades

más finas hasta las más bastas.

De lo expuesto anteriormente resulta que la fabricación es tanto más

exacta cuanta más pequeña es la tolerancia relativa y es por eso que se

recomienda usar las calidades de fabricación de la siguiente manera:

1 al 4: Se reservan para fabricaciones especiales de altísima

precisión

5 al 11: Se usan para la fabricación mecánica de piezas acopladas

12 al 16: Se usan sólo para fabricación basta de piezas sueltas.

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b. Posiciones de las tolerancias.

Es la situación de la tolerancia respecto a la línea de cero o medida nominal

de la pieza, en el sistema ISO la posición se designa por letras minúsculas

para ejes y mayúsculas para agujeros. La posición de la tolerancia es de gran

importancia a la hora de determinar si un acople es juego, apriete o

interferencia. En las figuras 2-6 y 2-7 se presentan las posiciones para la

tolerancia en los ejes y agujeros, respectivamente.

Uniones y acoples:

En términos generales se puede decir que existen muchos métodos para unir un

grupo de piezas y árboles de maquinaria dentro de un sistema mecánico entre las

que destacan:

Unión perno-tuerca.

Unión con perno.

Unión soldada.

Acople con lengüeta.

Uniones remachadas.

Acoples Flexibles.

Acoples con mordaza.

Acoples con engranajes.

Acople de rejilla.

Acoplamiento hidráulico.

Acoples torsionales.

Acoples de disco.

Acoples cardánicos.

Acoples de cadena.

Acoples de manguito.

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a. Uniones perno-tuerca

Las uniones con perno y con tornillo son uniones semipermanentes debido a

que los tornillos son desmontables, gracias a que la unión de las piezas es

mediante roscas.

Se puede tener la rosca construida en los elementos a unir o se puede tener

agujeros pasantes y colocar una tuerca a la salida del perno, todo depende de

la comodidad y de la disocian de la herramienta.

b. Uniones soldadas

Las uniones soldadas son del tipo permanentes debido a que los elementos a

unirse son fundidos entre sí, gracias al calor producido por la soldadura.

i. Soldadura por arco eléctrico

Proceso más conocido y más extendido y por ende el de

mayor uso. El arco eléctrico es el que proporciona el calor

que se necesita para fundir el material base y de relleno con

la finalidad de que ambos se unan. El arco se produce por

efecto de una corriente eléctrica de bajo voltaje y alto

amperaje que pasa a través de un espacio de aire existente

entre el electrodo metálico o de carbón y el material base

que está siendo soldado.

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c. Uniones remachadas

Las uniones remachadas constituyen, junto con la soldadura, una forma de

unión permanente de piezas. Se utiliza en aplicaciones donde la fuerza de

cizallamiento no es mucha.

d. Acoplamientos mordaza

i. Mordaza recta

Modelo estándar y puede operar en rangos de torques desde 3.5 lb-ft

(4.7 Nm) hasta 170 004 lb-ft (230 233 Nm)

ii. Mordaza curva

Similar al de mordaza recta, pero presenta sus cubos presentan

curvaturas con el fin de soportar un mayor torque, el cual puede variar

entre el rango de 67 lb-ft (91 Nm) hasta los 247 800 lb-ft (335 590 Nm).

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iii. Mordaza y fricción (semiabierto)

Similar a los anteriores, pero presenta un componente adicional, un

seguro en forma de anillo usado para asegurar el elastómero, la

ventaja radica en que el elastómero puede instalarse de manera radial,

este tipo de acoplamiento puede transmitir torques que varían desde

335 lb-ft (454 N-m) hasta 183 333 lb-ft (248 284 N-m).

e. Acoplamiento de engranajes

Se vale de los dientes del engranaje para transmitir el torque de un árbol a otro

árbol, el acoplamiento tolera desalineamiento a través del juego entre el los

dientes de los engranajes interiores y exteriores, esto le permite al

acoplamiento transmitir altos torques a altas velocidades, siempre y cuando

esté balanceado, este acoplamiento puede transmitir torques desde 2,500 lb-

pulg (208 lb-ft o 282 N-m) hasta 47 269 000 lb-pulg (393 908 lb-ft o 533,462 N-

m).

f. Acoplamiento de rejilla

Hace uso de dos cubos con múltiples ranuras en toda su circunferencia y una

rejilla entre ellos para transmitir el torque, el cual puede variar desde 422 lb-

pulg hasta 2 700 000 lb-pulg (3 656 555 N-m).

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g. Acoplamiento hidráulico

El acoplamiento hidráulico no es necesariamente un tipo de acoplamiento

flexible, sin embargo, está asociado a ellos, este tipo de

acoplamiento permite al motor arrancar con poca carga e

incrementarla de manera gradual hasta llegar a la totalidad de

la transmisión de potencia, el acoplamiento hidráulico utiliza

dos ruedas, un recipiente y fluido hidráulico para transmitir

torque, debido a que la transmisión de torque se realiza

de manera hidrodinámica, este tipo de acoplamiento

también provee protección contra las sobrecargas y

absorción de cargas de choque.

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Arranque de motores AC:

La puesta en servicio de un motor lleva consigo los problemas debido a sus

características; mientras que el rotor asíncrono puede arrancar sin más,

conectándolo directamente a la red, el síncrono precisa de un embalamiento; y el

monofásico, de un bobinado o espira de arranque.

a. Corriente de arranque

En el momento de arranque el motor debe producir un par lo suficiente lo

suficientemente grande como para vencer la resistencia que ofrecen los

mecanismos propios y las cargas que estén aplicadas al eje del motor.

Este par debe ser mayor en cada instante al par resistente para obtener un par

acelerador.

b. Conexiones en el motor asíncrono trifásico

Un motor asíncrono trifásico dispone de un rotor y un estator. El estator está

compuesto por uno o varios grupos de bobinados trifásicos, llamándose de un

polo cuando sólo disponen de un grupo de bobinados, de dos polos cuando

disponen de dos grupos, etc.

Para diferenciar las bobinas se nombra al principio de cada una bobina con las

letras U-V-W y el final con las letras x-y-z.

c. Procedimiento de arranque para motores

El procedimiento de arranque más sencillo es la conexión directa a la red.

I. Variadores de frecuencia

Mediante variadores de frecuencia conseguimos que el motor

arranque y además varíe su velocidad. Mediante un circuito

electrónico complejo podemos cambiar la frecuencia de la señal que

le llega al motor y modifica así su velocidad (ciclo convertidor)

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II. Arranque estrella triángulo

Consiste en arrancar el motor, que en servicio normal está conectado

en triángulo, conectándolo en estrella y, transcurrido el periodo de

aceleración, conmutarlo a triángulo.

De esta forma el bobinado recibe en el arranque una tensión de veces

menor y, consecuentemente, la intensidad que absorberá el motor

también será menor.

Si se tiene en cuenta que en un sistema trifásico conectado en

triángulo la corriente de línea es veces mayor que la de fase y en el

sistema en estrella las intensidades de línea y fase son iguales, se

llegará a la conclusión de que la corriente absorbida es también veces

menor arrancando en estrella.

Se comprueba que la reducción de por la tensión y de por la

intensidad, da como resultado una reducción de = 3 veces el valor de

la corriente absorbida.

La corriente en arranque se reduce de esta forma a un 30% del valor

que tendrá en conexión directa, si bien, al mismo tiempo, el par de

arranque referido a la conexión directa disminuye en la misma

proporción, es decir será de 0,6 a 0,7 veces el par de rotación nominal.

Para que el arranque estrella-triángulo cumpla su cometido, es

necesario que el motor conectado en estrella se acelere hasta su

velocidad nominal. En caso contrario, si se queda el motor atrancado

a una velocidad baja, puede presentarse, al conmutar, un golpe de

corriente que no será sensiblemente inferior al causado por conexión

directa; es decir, el efecto de la conexión estrella-triángulo habrá sido

nulo.

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- Donde:

QM1: Interruptor termomagnético.

KM1: Contactor principal.

KM2: Contactor Triángulo

KM3: Contactor Estrella

FR1: Relé térmico

M1: Motor

SB1: Pulsador de parada

SB2: Pulsador de marcha

SB3: Pulsador estrella/triángulo

HL1: Señalización motor en marcha

HL2: Señalización disparo relé térmic

Bandas Transportadoras:

Una cinta transportadora o Banda Transportadora es un sistema de transporte

continuo formado básicamente por una banda continua que se mueve entre dos

tambores.

a. Sistemas de transporte de banda

Los transportadores de banda son comúnmente utilizados para transportar

objetos que tienen un una superficie de fondo irregular, pequeños objetos

que puedan caerse de entre rodillos o bolsas con

producto que pueda atorarse entre los rodillos.

Los transportadores de banda son construidos

generalmente de la misma forma: con un bastidor

metálico, con rodillos en los extremos y una cuna de

deslizamiento sobre chapa o plástico de bajá fricción.

En aplicaciones donde el producto es demasiado

pesado, la cama metálica es sustituida por rodillos. Los

rodillos permiten que los objetos sean transportados

reduciendo la fricción generada sobre la banda. Los

transportadores de banda pueden ser fabricados con

secciones curvas. Estos sistemas de transportadores de banda son

comúnmente utilizados en oficinas postales o en los aeropuertos para

manejo del equipaje de pasajeros

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Reductores de velocidad:

Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un motor (ya sea eléctrico, de

explosión u otro) necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad

necesaria para el buen funcionamiento de la máquina. Además de esta adaptación

de velocidad, se deben contemplar otros factores como la potencia mecánica a

transmitir, la potencia térmica, rendimientos mecánicos (estáticos y dinámicos).

Esta adaptación se realiza generalmente con uno o varios pares de engranajes que

adaptan la velocidad y potencia mecánica montados en un cuerpo compacto

denominado reductor de velocidad aunque en algunos países hispanos parlantes

también se le denomina caja reductora.

Mecanizado:

El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de

operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea

por arranque de viruta o por abrasión.

Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras

piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los

productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran

operaciones posteriores.

a. Torneado

Torneado es la operación en la cual se utiliza una herramienta de corte con un

borde cortante simple destinado a remover material de una pieza de

trabajo giratoria.

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I. Cilindrado

Proceso mediante el cual se retira material con el fin de disminuir el

diámetro de una pieza.

II. Refrentado

Proceso que se usa para reducir la longitud de la pieza.

b. Serrado

Procedo corte que lleva a cabo con la sierra.

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C. Equipos y Materiales:

Cantidad Descripción Observación

02 Motor 98 w

02 Reductor 40 - 10

01 Moto reductor 1 Hp

1.5 mt Barra de acero Ø 1"

2 mt Faja transportadora

8 mt Ángulo L 1 1/4"

2 mt Perfil U 4" x 2"

08 Chumaceras Øint 20mm

1.5 kg Soldadura

50 Remaches

20 Pernos

03 Frascos

01 Compresor

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D. Procedimientos:

Elaboramos planos que nos ayudarían en la construcción de la estructura.

1. De tal forma comenzamos de con la fabricación de la tolva contenedora de café, la

cual fue elaborada de aluminio galvanizado, mediante procesos de serrado y

plegado, finalmente sus partes se unieron con remaches. De Igual forma se realizó

la rampa de salida de la tolva.

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2. Posteriormente se realizó la fabricación del soporte de la estructura, para lo cual

se hizo uso de los planos elaborados, ángulos y procesos de serrado y soldadura.

3. Una vez montados todos los soportes se procedió a su pintado con ayuda de un

compresor.

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4. Con la estructura ya montada empezamos con la fabricación de los ejes para las

fajas transportadoras, en lo cual se hizo uso de las barras de acero de 1” sometidos

a varios procesos de cilindrado y refrentado hasta obtener las medidas

especificadas en los planos.

5. Con los ejes ya listos se armaron las fajas transportadoras y se colocaron en la

estructura anteriormente armada. De igual manera se montó el molino.

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6. Luego se montaron los motores, los cuales se acoplaron a los ejes de las fajas y el

molino mediante bocinas.

E. Observaciones:

Las limitaciones económicas se constituyeron en un problema que impidió el

correcto y deseado proceso de fabricación.

La falta de herramientas se convirtió en un obstáculo en el desarrollo de las

actividades.

El recurso tiempo no pudo ser correctamente utilizado por sucesos imprevistos

que demoraron la culminación del proyecto.

F. Conclusiones:

Se logró aplicar conocimientos obtenidos a lo largo de la carrera en aplicaciones

técnicas y tecnológicas.

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G. Anexos:

Bocinas

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Ejes

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25

Se maquinaron dos ejes de estas medidas

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Plano esquemático de estructura

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Plano de Rampa de Tolva

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Seguimiento de Gantt