universidad diseأ±o de elementos de mأ،quinas de robert mott. en el diseأ±o del sistema de...

Download UNIVERSIDAD diseأ±o de elementos de mأ،quinas de Robert Mott. En el diseأ±o del sistema de control se

Post on 19-Jul-2020

0 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 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

  • x

    x

    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

    x

    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.

  • i

    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