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UNIVERSIDAD UTE

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA

MEZCLADORA DE INGREDIENTES PARA LA ELABORACIÓN

DE DULCE DE MEMBRILLO

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO

DE INGENIERO EN MECATRÓNICA

CRISTIAN MARCELO CHIMARRO DURÁN

DIRECTOR: ING. LUIS HIDALGO

Quito, febrero 2020

© Universidad UTE 2019.

Reservados todos los derechos de reproducción

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FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO

PROYECTO DE TITULACIÓN

DATOS DE CONTACTO

CÉDULA DE IDENTIDAD: 2200056733

APELLIDOS Y NOMBRES: Cristian Marcelo Chimarro Durán

DIRECCIÓN: Av. Las toronjas y ciclanes

EMAIL: cristhian_chima@hotmail.com

TELÉFONO FIJO: 062880-832

TELÉFONO MOVIL: 0983663442

DATOS DE LA OBRA

TITULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA

MÁQUINA MEZCLADORA DE

INGREDIENTES PARA LA

ELABORACION DE DULCE DE

MEMBRILLO

AUTOR O AUTORES: CRISTIAN MARCELO CHIMARRO DURÁN

FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO

DE TITULACIÓN: febrero 2020

DIRECTOR DEL PROYECTO DE

TITULACIÓN:

ING. LUIS HIDALGO

PROGRAMA PREGRADO POSGRADO

TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO EN MECATRÓNICA

RESUMEN: El presente proyecto se realizó con el fin de

ayudar a las personas que se dedican hacer

este dulce artesanalmente debido a que el

proceso es muy extenuante y el mismo uso

de la leña causa daños en la salud de los

artesanos. Para su desarrollo se dividió en

diseño mecánico y diseño del sistema de

control. En el diseño mecánico se puede

encontrar: una marmita la misma que se

diseñó mediante el código asme sección 8,

un agitador de paleta tipo ancla a la que se le

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mailto:cristhian_chima@hotmail.com

transmite el movimiento de giro por medio de

un actuador controlado y la estructura que

soporta todo el peso de la marmita los cuales

fueron diseñados con la ayuda del libro

diseño de elementos de máquinas de Robert

Mott. En el diseño del sistema de control se

desarrolló el software de control mediante la

plataforma de Arduino, el cual se cargó en la

placa mega 2560 a la que se le añadió un

módulo para la pantalla táctil. También está

constituido por una electroválvula, una

termocupla y un variador de frecuencia. Con

la termocupla se tomará mediciones que

determinan la temperatura a la que se

encuentra el dulce de membrillo para poder

apagar o encender la hornilla. Por medio de

la programación se desarrolló la interfaz

gráfica. Al encender la máquina en la pantalla

se podrá visualizar el nombre de la

microempresa y las cantidades que se

pueden producir, al seleccionar una de las

cantidades se abrirá un nuevo menú en el

cual se podrá observar las indicaciones y

establecer la velocidad del motor en el

variador de frecuencia y el tiempo de cocción.

Una vez especificado la velocidad y tiempo

de cocción se podrá pulsar el botón inicio,

con el cual se inicia el proceso. La

alimentación para el motor de la máquina

será de 220VAC y la de la placa mega 2560

de 12VDC.

PALABRAS CLAVES:

Motor, membrillo, temperatura, mega 2560, pantalla táctil

ABSTRACT:

This project was carried out in order to help

people who are dedicated to making this

candy by hand because the process is very

strenuous, and the use of firewood causes

damage to the health of artisans. For its

development it was divided into mechanical

design and control system design. In the

mechanical design you can find: a kettle that

was designed using the asme code section 8,

an anchor-type paddle agitator to which the

turning movement is transmitted by means of

a controlled actuator and the structure that

supports everything the weight of the kettle

which were designed with the help of Robert

Mott's machine design book. In the design of

the control system, the control software was

developed using the Arduino platform, which

DEDICATORIA

El presente trabajo de grado va dedicado a Dios, quien como guía estuvo

presente en el caminar de mi vida, bendiciéndome y dándome fuerzas para

continuar con mis metas trazadas sin desfallecer.

A mis padres que, con apoyo incondicional, amor, confianza y sacrificio en

todos estos años permitieron que logre culminar mi carrera profesional.

A mis hermanas y hermano por estar siempre presentes, acompañándome y

por el apoyo moral, que me brindaron a lo largo de esta etapa de mi vida.

A toda mi familia que con sus oraciones, consejos y palabras de aliento

hicieron de mí una mejor persona y de una u otra forma me acompañaron.

A todas las personas que me han apoyado y han hecho que el trabajo se

realice con éxito en especial aquellos que me abrieron las puertas y

compartieron sus conocimientos.

AGRADECIMIENTO

Quiero expresar mi gratitud a Dios, quien con su bendición llena siempre mi

vida y a toda mi familia por estar siempre presentes y ser el apoyo suficiente

para no decaer cuando todo parecía complicado e imposible.

De manera especial a mis Padres que con su esfuerzo y dedicación me

enseñaron que incluso la tarea más grande se pude lograr si se hace un paso

a la vez.

De igual forma, agradezco a mi Director de tesis Ing. Luis Hidalgo, que gracias

a su experiencia, conocimiento, consejos y correcciones hoy puedo culminar

este trabajo.

A los ingenieros Daniel Mideros y Vladimir Bonilla, gracias a su asesoría y

compromiso se desarrolló de la mejor manera este trabajo.

Agradezco a todos los docentes que con sabiduría, conocimiento y apoyo,

motivaron a desarrollarme como persona y profesional.

Y por supuesto a mi querida Universidad y todas las autoridades, por

permitirme concluir con una etapa de mi vida, gracias por la paciencia,

orientación y guiarme en el desarrollo de este trabajo.

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA RESUMEN 1

ABSTRACT 2

1.INTRODUCCIÓN 9 1.1. EL MEMBRILLO 5

2.METODOLOGÍA Y DISEÑO 10 2.1.REQUERIMIENTOS 10

2.1.1. FUNCIÓN DE DESPLIEGUE DE LA CALIDAD 11

2.2.DISEÑO DEL SISTEMA 12

2.2.1. DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL DE LA MÁQUINA 12

2.2.2. ALTERNATIVA DE DISEÑO 13

2.2.3. DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA MÁQUINA 15

2.3.DISEÑO MECÁNICO 16

2.3.1. MODELO CAD DE LA MÁQUINA 17

2.3.2. DISEÑO DE LA MARMITA 17

2.3.3. PRESIÓN Y TEMPERATURA DE DISEÑO 19

2.3.4. MÁXIMO ESFUERZO PERMISIBLE 19

2.3.5. EFICIENCIA DE LA JUNTA 19

2.3.6. CÁLCULOS DE ESPESOR 20

2.3.7. DISEÑO DEL AGITADOR 25

2.3.8. Diseño del eje SOPORTE 30

2.3.9. Diseño de la columna 31

2.3.10. DISEÑO DE LA BARRA HORIZONTAL 33

2.3.11. Selección de Rodamiento 35

2.4.DISEÑO TÉRMICO 36

2.4.1. REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA DEL PROCESO DE COCCIÓN. 38

2.5.DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL 40

2.5.1. diseÑo DEl Software 43

2.6.SELECCIÓN DE COMPONENTES DE CONTROL. 46

2.6.1. MOTOR PARA EL AGITADOR 46

2.6.1. VARIADOR DE FRECUENCIA 47

2.6.2. MICROCONTROLADOR ATMEGA2560 47

2.6.3. SENSOR DE TEMPERATURA 48

2.6.4. PANTALLA TFT-TOUCH 48

2.7.CONSTRUCCIÓN 49

3.RESULTADO Y DISCUSIÓN 51 3.1.CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA 51

3.2.ANÁLISIS DE COSTO 51

3.2.1. COSTOS DE OPERACIÓN DE LA MÁQUINA 52

3.2.2. COSTO DE OPERACIÓN DE FORMA ARTESANAL 53

3.3.PRUEBAS DE LA MÁQUINA 53

3.3.1. VERIFICAR FUNCIONAMIENTO INTERFAZ-USUARIO 53

3.3.2. VERIFICAR LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN 54

3.4.INTERPRETACIÓN DEL SABOR 55

3.5.INTERPRETACIÓN DE OLOR 56

ii

3.6.INTERPRETACIÓN DE COLOR 57

4.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58 CONCLUSIONES 59

RECOMENDACIONES 59

ANEXOS 63

iii

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Clasificación botánica 5

Tabla 2. Composición química del membrillo 6

Tabla 3. Características fisicoquímicas 7

Tabla 4. Requerimientos 11

Tabla 5. Casa de Calidad 11

Tabla 6. Grado de Referencia 12

Tabla 7. Matriz Morfológica 14

Tabla 8. Evaluación de las Alternativas 15

Tabla 9. Elementos de la máquina 16

Tabla 10. Productos de la mezcla 17

Tabla 11. Densidad de la Mezcla 18

Tabla 12. Definiciones de fórmulas en estado de Operación 20

Tabla 13. Definiciones de fórmulas fuera de operación 22

Tabla 14.Datos válvula de alivio 24

Tabla 15.Datos del manómetro 25

Tabla 16. Características del Agitador 26

Tabla 17. Defi