04 MEC 067 Articulo Cientifico
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1. 919 dientes AUN ERREUNENE Tabla 4 Par metros de construcci n de pi n cremallera 3 1 5 MOLDE De acuerdo a la forma que se le da a la porci n de carne molida se requiere de un molde circular que contenga un volumen aproximado a 50 cm y un di metro igual a 12 5 cm Para el disefio del molde se selecciona como material el duralon debido a que tiene las siguientes caracter sticas requeridas Es de alta resistencia a la fricci n Es de alta resistencia qu mica Aislante el ctrico Apto para contacto con alimentos El rea transversal de la porci n de carne es igual Figura 8 rea transversal de la porci n de carne A bxe Ecuaci n 7 A 12 5x 0 4 A 5 cm A 0 5 m Las partes en contacto con la carne deben ser desmontables para su f cil limpieza por lo que el molde se divide en 3 partes principales base contenedor y tapa Base La base se dise a para sostener las dem s partes del molde y permitir conectar el tubo conducto con el molde para que la carne molida llegue hasta el contenedor para ser moldeada Se usa como material al duralon Contenedor El contenedor del molde deber tener dos orificios con las dimensiones de la carne molida establecidas en los par metros de dise o para permitir moldear una porci n de carne molida mientras se extrae la otra porci n Se usa como material acero inoxidable 304 y duralon Tapa La tapa se dise a con la finalidad de cerrar2. Estado de funcionamiento inicial del circuito El circuito en su estado de funcionamiento inicial se encuentra alimentado y conectado con los elementos de mando anteriormente detallados S2 a de z Er Hr ida z A 9 g a E cla X c m u e 9 Moe 2 9 y a 2 Y e E 2 D in g ul 2 5 9 oaao zi n w ge E ul lt TE x Hi Y cla 5 i A X ce m 2 u eo see d cese eoe E 9 o D MODO E K1 INICIO E l E PAUSE E K2 __ EMERGENCIA E Ki ONE Figura 16 Estado inicial del circuito Funcionamiento del circuito de potencia El circuito de potencia se realiza en base al funcionamiento del motor y nos muestra los contactos que se debe activar para cada sentido de giro del motor Sentido de giro horario Para que el motor gire en sentido horario se necesita que se unan los contactos U3 U1 y V1 en el primer punto y V3 W3 y W1 en el segundo punto Sentido de giro antihorario Para que el motor gire en sentido antihorario se necesita que se unan los contactos V3 U3 y U1 en el primer punto y W3 W1 y V1 en el segundo punto MOTOR 110v AC V1 V3 Figura 17 Circuito de potencia 4 CONSTRUCCI N MONTAJE Y PRUEBAS DE CAMPO 4 1 CONSTRUCCI N DE LA M QUINA La construcci n armado y ensamblaje de la m quina se realiza de acuerdo a los planos tomando en cuenta la disponibilidad de materiales y elementos seleccionados en el mercado La m
3. reparaci n y adquisici n de repuestos en el mercado nacional Este proyecto pretende resolver estos problemas En el desarrollo del trabajo se presenta un estudio de las alternativas de dise o de sistemas que permiten realizar este proceso en una m quina seguido de la selecci n de la alternativa m s viable de acuerdo a ciertos par metros establecidos El dise o de la m quina contempla el dimensionamiento de piezas y elementos mec nicos as como tambi n la selecci n de elementos el ctricos normalizados Cabe indicar que con la m quina semiautom tica se puede moldear m nimo 150 porciones de carne molida en una hora para la preparaci n de hamburguesas 1 GENERALIDADES 1 1 DEFINICI N DEL PROBLEMA Desde hace muchos a os atr s las hamburguesas se han venido convirtiendo en una de las comidas r pidas preferidas de la ciudadan a en especial de la juventud En la hamburguesa una de sus partes principales es la carne que est elaborada de carne molida condimentada pero para que coincida en un pan para hamburguesa antes hay que aplastarla y moldearla con el fin de que tome su forma ideal Hoy en d a los locales de comida r pida han aumentado en gran cantidad con uno de sus productos principales en ventas como son las hamburguesas pero para llegar al final de la elaboraci n de una hamburguesa uno de los procesos que m s lleva tiempo es el moldeado de la carne molida que resulta muy agobiante y poco efi
4. quina se fabrica en un taller mec nico implementado de m quinas y herramientas necesarias para construir las diferentes partes que la conforman con procesos de construcci n que no requieran de equipos especiales o mano de obra especializada evitando as un aumento en el valor total del prototipo Para el sistema motriz se utiliza un motor de Y HP acoplado a un reductor de velocidad el cual reduce las rpm de salida mejorando as el proceso de moldeado de la carne molida Se realiza procesos de corte soldadura y doblado Es importante recalcar que todas las partes en contacto con alimentos son de acero inoxidable AISI 304 y o duralon El proceso de construcci n y montaje de la m quina se expone en un Diagrama de Gantt en el Anexo J detallando el tiempo de dedicaci n previsto para diferentes tareas o actividades a lo largo de un tiempo total determinado 4 1 1 M QUINAS Y EQUIPOS Fresadora universal Torno Esmeril Soldadora TIG Taladradora Equipo de pintura Roladora de l mina Dobladora de l mina Guillotina Cortadora de tubos e Amoladora e Mototool 4 1 2 MATERIA PRIMA e Plancha Acero Inoxidable AISI 304 e 4 mm e Tubo Acero Inoxidable AISI 304 8 e 3 mm e Plancha Duralon 35x180x460 mm e Plancha Duralon 35x170x230 mm e Barra Duralon 225x110 mm e Plancha Pl stico Transparente 215x155x10 mm e Barra Acero AISI 8620 25 4x60 mm e Barra Cuadrada Acero AISI 8620 25 4x25 4 mm 4 1 3 EL
5. rmico http guindo pntic mec es rarc0002 all aut dat f r ele termico paf Boylestad R L 2004 Introducci n al an lisis de circuitos Pearson Educaci n Budynas R G 4 Nisbett J K 2008 Dise o en ingenier a mec nica de Shigley M xico McGRAW HILL Caldinox s a Aceros Inoxidables Obtenido de http www caldinox com ar productos y servicio s productos tuberias y accesorios con uniones _a clamp y uniones dobles danesas Condimensa s a Apanadura Recuperado el Enero de 2014 de http www condimensa com ec materias2 html Electricos Generales 2012 Relay Encapsulado Obtenido de http www electricosgenerales com pe shop rela y encapsulado Galvanizados Lacunza S A s a Galvanizado Obtenido de http www galvanizadoslacunza com Galvaniza doyBeneficios htm Geoka s a Cono Truncado Obtenido de http www geoka net poliedros cono truncado h tml Gepowercontrols s a Rel s t rmicos Obtenido de Www gepowercontrols com es Electronic Ove rload Relay html Grupo Carrion Alvarez s a HOJA DE DATOS Caracter sticas y aplicaciones del duralon Hamrock B J Jacobson B O 4 Schmid S R 2000 Elementos de M quinas M xico McGRAW HILL Hoffman Enclosures Inc 2009 NORMAS GLOBALES PARA GABINETES ELECTRICOS Obtenido de http www hoffmanonline com stream_documen t aspx rRID 2452868pRID 245285 Horwitz H 2002 Soldadura Aplicaciones y Pr ctica M xico Alfaomega
6. Ingenier a Teleinf rmatica s a F sica General ll Obtenido de www es scribd com doc 38513543 Leon Vega A L 1992 Dise o c lculo y construcci n de una roladora manual Informe T cnico Guayaquil ESCUELA POLITECNICA DEL LITORAL Mercado en l nea China 2011 Sensores Obtenido de http spanish dooraccesscontroller com Molina P s a Protecci n de los Circuitos El ctricos Obtenido de http www profesormolina com ar electromec pr ot circ elect htm Mott R L 2006 Dise o de Elementos de M quinas M xico PEARSON EDUCACION Obtesol s a Aceros Inoxidables Obtenido de http www obtesol es index php option com_co ntent amp task category amp sectionid24 amp id 34 amp ltemid 30 Riba C 2002 Dise o Concurrente Barcelona EDICIONES UPC Rivas Arias J M 2009 Soldadura el ctrica y sistemas T 1 G y M A G Madrid Paraninfo SOLTER s a Soldadura TIG Obtenido de http www solter com es procesos soldadura tig SOLYSOL 2012 Soldadura GTAW TIG Obtenido de http www solysol com es productos y servicios procesos soldadura soldadura gtaw tig SUMELEC 2014 Automatizaci n El ctrica Industrial Obtenido de http www sumelec net cat 6C396A1logo html SOBRE EL AUTOR Jefferson V Andrade V naci en lbarra Ecuador el 8 de Julio de 1989 Realizo sus estudios secundarios en el Colegio S nchez y Cifuentes Culmino sus estudios superiores en la Universidad
7. al voltaje nominal 110 v y la potencia nominal 0 5 hp Se selecciona el contactor LS MC 9b Figura 12 Contactor L5 MC 9b 3 2 3 SENSORES En la implementaci n de la m quina se utilizan dos tipos de sensores el primero es el sensor magn tico que act a como interruptor para activar y desactivar el control del circuito de la posici n del embolo dentro del cilindro recipiente contenedor El segundo sensor es el final de carrera que se utilizar para confirmar la posici n correcta del molde para activar o desactivar el motor Como la alimentaci n del motorreductor es 110v se escoge sensores que funcionen a igual alimentaci n para evitar el uso de una fuente externa o un transformador de voltaje Sensor magn tico El sensor magn tico sirve para la detecci n de posici n por proximidad es decir funciona sin contacto directo a una distancia de detecci n m s amplia con una forma m s reducida El campo magn tico puede pasar a trav s del acero inoxidable para cerrar el circuito El sensor magn tico consta de dos partes una fija y una m vil en este caso para la detecci n de posici n del embolo se utiliz dos unidades fijas y una m vil Las dos partes fijas se colocan en el l mite superior e inferior del desplazamiento del embolo y la parte m vil se empotra a un lado del embolo que sube y baja por el recipiente contenedor de acero inoxidable La se al se activa cuando existe un contacto magn tico entre
8. la capacidad del volumen del recipiente contenedor a la mitad en donde abarcan 10 lb de carne molida ga 2 V 0 010 m3 Cabe aclarar que las 10 lb de masa de carne molida sobrantes cumplir n el moldeado seguidamente en un nuevo proceso de llenado que se har al recipiente contenedor El tiempo de llenado del recipiente contenedor se sustituir con el tiempo ganado en la capacidad de producci n Se dise a un envase cil ndrico de volumen igual a 0 010 m3 las dimensiones que debe tener para que la cantidad de l mina de material empleada sea m nima La figura 5 muestra los elementos del recipiente contenedor Figura 5 Recipiente contenedor 3 1 2 EMBOLO El embolo se dise a tomando como material al duralon ya que gracias a sus propiedades lo convierten en el material ideal para el maquinado de piezas que se utilizan en la industria c rnica por ejemplo en planchas de corte y procesamientos de carne El embolo adopta la forma del cono truncado del recipiente contenedor permitiendo expulsar toda la carne molida del recipiente contenedor El embolo est expuesto a esfuerzo de compresi n y se calcula o Ecuaci n 2 8829 0 038 o 23234 21 N m El duralon tiene una resistencia a la fluencia igual a 10 78 MPa con la ayuda de este dato se calcula el factor de seguridad Sy n Ecuaci n 3 10x106 n 33234 21 n 430 4 El valor obtenido del factor de seguridad nos indica q
9. la parte superior del contenedor para comprimir la carne molida y se usa como material pl stico transparente adem s ser transparente para permitir visualizar el llenado de la carne molida en el contenedor del molde Tapa Contenedor Base Figura 9 Molde 3 1 6 ESTRUCTURA La estructura que sirve de soporte para todos los elementos que conforman la m quina tienen las siguientes caracter sticas Fuerza para presionar la carne molida 882 9 N Peso total del gabinete y sus elementos m g 20kg 9 81m s 196 2 N Fuerza total 196 2 882 9 1079 1 N An lisis de la estructura Se utiliza el Asistente para an lisis Simulation Express del software CAD Solidworks para ayudar a predecir el comportamiento de la estructura de la m quina bajo los efectos de la carga total a la que va a ser sometida y a detectar posibles problemas en las etapas iniciales del disefio von Mises N mm 2 MPa 0 054 0 049 0 045 0 040 0 036 0 031 0 027 0 022 0 018 0 013 0 009 0 004 0 000 z x L mite el stico 206 807 Figura 1 An lisis de la estructura Para la simulaci n se aplica una fuerza total de 1079 1 N en acero AISI 304 dividida uniformemente en seis puntos de apoyo cuatro tubos de 2 2 ubicados a los extremos de donde va a ser ubicado el gabinete y las dos l minas ubicadas casi en la mitad de la estructura adem s se aplica la sujeci n en la base de la estructura L
10. las dos partes por lo tanto se activar cualquiera de las dos se ales l mite superior o inferior para que el motor se detenga Figura 13 Sensor magn tico Sensor final de carrera El sensor final de carrera o sensor de l mite es un interruptor que muestra una se al el ctrica ante un accionamiento mec nico por contacto f sico con otro objeto para modificar el estado de un circuito Este dispositivo est compuesto por dos partes un cuerpo que contiene los contactos y un actuador Se usa un final de carrera KW8 XILIE sin palanca para detectar la posici n correcta del contenedor del molde en su movimiento rectil neo de izquierda a derecha y viceversa Tiene dos tipos de funcionamiento modo positivo y modo negativo En el modo positivo el sensor cierra el circuito para que el motor se ponga en marcha cuando el actuador entra en un peque o orificio existente en el contenedor del molde En el modo negativo el sensor abre el circuito para que el motor se pare cuando el actuador sale del peque o orificio del contenedor del molde Este sensor es ocupado para esta aplicaci n debido a sus ventajas mec nicas operaci n sencilla y visible carcasa durable cierres herm ticos y alta repetitividad y a sus ventajas el ctricas inmunidad a la interferencia de ruido el ctrico ausencia de corriente de fuga ca das de voltaje m nimas y capacidad de conmutar cargas m s elevadas que otras Figura 14 Sensor final de carr
11. EMENTOS UTILIZADOS e Reducci n Copa Conc ntrica 2 x1 AISI 304 e Codo 90 AISI 304 q 1 e Codo 2 TP304 E2221 IR e Rel Encapsulado MY4 110V y Base e Contactor LS MC 9b 110V 0 5 HP e Sensor final de carrera KW8 XILIE e Sensor Magn tico e Pulsadores 22 mm e Pulsador Hongo retenido 22 mm e Interruptor Selector 22 mm e Disyuntor LS C10 e Rel t rmico R2 D1310 4 6 e Terminales Puntera e Terminales Pin e Terminales Ojo e Cable El ctrico flexible No 10 AWG e Cable El ctrico flexible No 18 AWG e Cable Conc ntrico 4x10AWG e Cable Conc ntrico 3x10AWG e luz Piloto 110V e Borneras e Motor e Caja Reductora e Riel Din e Canaleta Pl stica Ranurada e Cable de Micr fono y Conectores e Cauchos 4 2 MOTAJE DE LA M QUINA El montaje se lo realiza dentro y fuera del compartimento superior de la m quina Dentro del compartimento superior de la m quina se ubica el mecanismo de transmisi n de movimiento y el tablero de control y potencia con sus dispositivos de protecci n Fuera del compartimento superior de la m quina se ensambla el recipiente contenedor con sus seguros mec nicos el embolo y el molde 4 2 1 MONTAJE DEL SISTEMA DE TRANSMISI N DE MOVIMIENTO El montaje del sistema de transmisi n de movimiento se lo realiza en el siguiente orden a Comprobar la presencia de pernos tuercas y arandelas que ser n empleados en el montaje del mecanismo b Fijaci n de pi n al eje del mo
12. T cnica del Norte en la carrera de Ingenier a en Mecatr nica en el 2014 reas de inter s Automatizaci n y Control de Procesos Industriales Rob tica Microelectr nica Energ as Renovables Contacto jefferson chefo10 photmail com
13. UNIVERSIDAD T CNICA DEL NORTE Cc NON 4 gt UNI VEN To Lo 31409 y K gt FACULTAD DE INGENIER A EN CIENCIAS APLICADAS CARRERA DE INGENIER A EN MECATR NICA ART CULO CIENT FICO TEMA DISE O Y CONSTRUCCI N DE UNA M QUINA SEMIAUTOM TICA PARA EL MOLDEADO DE CARNE MOLIDA PARA LA PREPARACI N DE HAMBURGUESAS AUTOR Jefferson Vladimir Andrade Villarreal Ibarra Ecuador Febrero 2015 DISENO Y CONSTRUCCI N DE UNA M QUINA SEMIAUTOM TICA PARA EL MOLDEADO DE CARNE MOLIDA PARA LA PREPARACI N DE HAMBURGUESAS Jefferson Vladimir Andrade Villarreal Carrera de Ingenier a en Mecatr nica Universidad T cnica del Norte Ibarra Imbabura Jefferson chefot0Qhotmail com Resumen El presente proyecto se contempla el dise o y construcci n de una m quina semiautom tica para el moldeado de carne molida para la preparaci n de hamburguesas para obtener las siguientes dimensiones de las porciones de carne 12 5 cm de di metro y un espesor m ximo de 4 mm En el local de comida r pida el moldeado de la carne molida para la preparaci n de hamburguesas resulta muy agobiante y poco eficiente para una tarea manual limitando as la posibilidad de aumentar la capacidad de producci n Paralelamente es importante resaltar que en Ecuador no existen empresas destinadas a la construcci n de este tipo de m quinas semiautom ticas y su importaci n trae consigo inconvenientes en las tareas de mantenimiento
14. amburguesas en la mitad del tiempo ya que se pasa de un moldeado manual a un semiautom tico En el dise o de los componentes de la m quina tiene un factor de seguridad de mayor a dos de esta forma son sometidos a un esfuerzo equivalente m nimo a la mitad del que est n dise ados con esta caracter stica se reduce el desgaste por fatiga de material El dise o del sistema de transmisi n acoplado a la caja reductora disminuye en cantidades considerables la velocidad aumenta el torque y mantiene la potencia siendo m s econ mico el motor debido que proporciona un menor consumo de energ a y el costo de mantenimiento es relativamente bajo comparado con embutidoras que usan sistemas hidr ulicos o neum ticos El motor y los elementos de la m quina est n dise ados de tal forma que a futuro puedan utilizarse con otros tipos de carne que presenten mayor resistencia para ser comprimidos y moldeados a un di metro de 12 5 cm y 4 mm de espesor debido a que los materiales con que est n construidos cumplen con los requerimientos necesarios para que la m quina este sobredimensionada La m quina semiautom tica realiza un proceso lento y no necesita una variaci n exagerada de velocidad ni de corriente por tal motivo se us rel s de estado s lido para la inversi n del giro Se consider un amperaje igual al triple del motor para los rel s evitando as que estos se dafien por los picos de voltaje generados en
15. as dimensiones de la porci n de carne molida son apropiados pero la consistencia de cada porci n depende espec ficamente de las propiedades de la masa c rnica Finalmente se puede observar que la capacidad para la que fue dise ada la m quina es la apropiada ya que producci n promedio de tres usuarios de la m quina es de 162 porciones de carne molida en una hora 5 AN LISIS DE COSTOS Se realiza un an lisis de costos tomando en cuenta el dise o construcci n y montaje de la m quina semiautom tica para el moldeado de carne molida para la preparaci n de hamburguesas 5 1 COSTO TOTAL DE LA M QUINA DESCRIPCION VALOR TOTAL USD Usuario 2 1 nora 147 X Usuario 3 1 hora 181 X Tabla 6 Capacidad de producci n de la m quina Costos no recuperables 49 00 Costos de materiales consumibles 266 80 Costos de ingenier a 620 00 4 3 2 CARACTER STICAS DE LA PORCI N DE CARNE MOLIDA Se verifica que al moldear cada porci n de carne molida tenga las dimensiones adecuadas Costos de imprevistos 90 00 EVALUACI N CRITERIO NO CUMPLE CUMPLE Di metro de la porci n de carne 12 5 cm X porci n de carne 4 mm X Consistencia de la porci n de carne X Tabla 7 Caracter sticas de la porci n de carne molida 4 3 3 AN LISIS DE RESULTADOS De acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de campo se observa que los diferentes elementos y partes que conforman la m q
16. ciente para una tarea manual limitando as la cantidad de hamburguesas que saldr n a la venta En la actualidad se puede elaborar una maquina prototipo que permita elaborar con menor esfuerzo disminuir los tiempos y costos de producci n de la porci n de carne molida para la preparaci n de hamburguesas Con la m quina semiautom tica se obtendr una mayor cantidad de porciones de carne molida para hamburguesas en menor tiempo que reemplacen la elaboraci n manual y lenta de una persona 1 2 LA HAMBURGUESA La hamburguesa que se prepara en el local de comida r pida HOTBURGUER consta de un pan cortado por la mitad entre los dos pedazos de pan se ubican las salsas de tomate mayonesa verde los vegetales tomate y lechuga porci n de queso porci n de mortadela papas desmenuzadas pre cocidas y la porci n de carne molida frita a la plancha esta es el ingrediente principal de la hamburguesa por lo que se la moldea con anterioridad antes de ser frita a la plancha 1 3 INGREDIENTES UTILIZADOS EN LA PREPARACION DE LA CARNE PARA HAMBURGUESA Los ingredientes que se utilizan en el proceso de elaboraci n de la carne de hamburguesa en el local de comida r pida HOT BURGUER son los siguientes e Carne Molida e Apanadura e Huevos e Condimentos 1 4 PROCESO DE PREPARACI N DE LA CARNE PARA HAMBURGUESAS El proceso convencional de preparaci n de la carne para hamburguesas est compuesto de varias actividades que se de
17. dos de las pruebas realizadas a la carne molida de 10 a 20 Ib Masa Aplicada Tabla 3 Resultados de las pruebas realizadas a la carne molida Seg n la tabla 3 se necesita aplicar una masa igual a 90 Kg para que cumpla con los par metros de diseno establecidos La fuerza necesaria para comprimir y desplazar la carne se calcula con la ecuaci n F m a Ecuaci n 1 En este caso la aceleraci n es igual a la gravedad a g F 90 9 81 F 882 9 N Capacidad de producci n Seg n los par metros establecidos en la secci n 3 2 se necesita una producci n m nima de 150 porciones de carne hora es decir el tiempo m ximo en el moldeado de cada porci n de carne molida es de 24 s Con la ayuda de estos valores a continuaci n se calcula la capacidad de producci n __ 1porci n de carne 3600 segundos 0 003 Kg Qp B 24segundos 1 hora 1 porci n de carne Qp 0 45 Kg hora Tomando en cuenta los siguientes criterios determinantes a El espacio total ocupado por la m quina de acuerdo a la tabla 2 1 de especificaciones t cnicas debe ser el m nimo posible no mayor a 0 50m b El valor de la diferencia de la fuerza aplicada a una masa de 20 lb de carne molida y a una masa de 10 lb de carne molida para que se desplace es m nimo C Los elementos desmontables de la m quina especialmente el recipiente contenedor no deben ser grandes y pesados ya que van a ser manipulados por una persona Se reduce
18. e la m quina que me permitan variar las dimensiones y formas de diferentes tipos de carne El uso de materiales existentes en el mercado permite reducir el costo de fabricaci n y a su vez disminuir el tiempo para la construcci n de la m quina semiautom tica Es importante el correcto dimensionamiento de los componentes del circuito de potencia tomar en cuenta los picos de corriente cuando el motor arranca al usar contactores para el paso de corriente al motor se recomienda usar los elementos de protecci n el ctrica que se describen en el manual t cnico ya que estos est n previamente seleccionados de acuerdo al funcionamiento de la m quina El uso de componentes robustos y su mantenimiento en dise o de m quinas garantiza mayor durabilidad para los sensores y los componentes del HMI por lo que se recomienda al terminar el proceso de moldeado inmediatamente lavar la m quina a vapor para evitar que se adhiera la carne molida a las paredes y puntos dif ciles de acceder de los elementos REFERENCIAS Alexander C K amp Sadiku M N 2007 Fundamentos de 6 2 RECOMENDACIONES Circuitos El ctricos M xico Litogr fica Ingramex S A de C V Appold H Feiler K Reinhard A amp Schmidt P 1995 e La capacidad de producci n satisface Tecnolog a de los metales Barcelona Revert actualmente las necesidades del local de comida S A Aula El ctrica s a Automatismos Industriales Obtenido de Rel t
19. el arranque del motor Los sensores magn ticos y el final de carrera brindan mayor seguridad para los usuarios debido a que est n ubicados en sitios estrat gicos de la m quina semiautom tica y permiten detener la marcha del motor evitando as accidentes r pida si se desea aumentarla se recomienda a adir un mes n que permita apilar con mayor rapidez y facilidad las porciones de carne molida En caso de da o de los elementos en contacto directo con la carne molida recipiente contenedor tubo conducto molde embolo se recomienda utilizar los mismos materiales con los que fueron construidos acero inoxidable AISI 304 y duralon ya que estos tienen las caracter sticas alimenticias y mec nicas adecuadas para procesar a la carne molida y resistir a los esfuerzos a los que est n sometidos En caso de soldadura se recomienda usar la varilla de soldar ER308 ya que es un metal de aporte que puede producir una soldadura de composici n semejante al acero inoxidable AISI 304 Los materiales escogidos para los puntos m s cr ticos como es el caso de la estructura pi n cremallera y del recipiente contenedor son aceros especiales que permiten reducir el tamafio y soportar una mayor carga en el caso del pi n y la cremallera se recomienda construirlos totalmente en acero inoxidable 304 para aumentar la confiabilidad del procesamiento de la carne molida Se recomienda aumentar nuevos moldes acoplables al tubo conducto d
20. enedor tubo conducto y molde deben tener un tama o adecuado para ser transportados y manipulados por una persona Peso Los elementos de la m quina que van a ser desmontados frecuentemente recipiente contenedor tubo conducto y molde deben tener un bajo peso para ser transportados y manipulados por una persona Est tica La m quina debe tener un dise o atractivo a la vista del cliente tomando en cuenta las exigencias del mercado 2 4 RESULTADOS DE SELECCI N DE ALTERNATIVAS En la tabla de resultados se puede observar que las dos alternativas cumplen con las especificaciones requeridas pero la sumatoria de los criterios de selecci n de la alternativa B es mayor OLISYD UOIDeJSpuoy 0 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 5 78 44 05 33 28 28 11 27 0 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 88 05 66 28 28 11 71 Tabla 2 Resultados de selecci n de alternativas d olS 5 o m TO 5 D O c o 2 h O LI Co bod 3 212 o D o fan 2 RU O 3 DISE O DE LA M QUINA Se detalla el dise o de las partes a fabricarse y la selecci n de elementos y dispositivos de la m quina para el moldeado de la carne molida para la preparaci n de hamburguesas considerando las caracter sticas que deben reunir cada uno de ellos en lo referente a materiales y dimensiones para satisfacer de mejor manera las especificaciones t cnicas Tambi n se dise a el circuito el ct
21. era KW8 XILIE 3 2 4 HMI INTERFAZ M QUINA HUMANO La interfaz m quina humano se dise a de manera sim trica espaciada y simple para la f cil comprensi n del usuario con un rea total de 0 13 m Adem s tiene un grado de inclinaci n para mejor visualizaci n del operario y est ubicado en la parte superior frontal de la m quina Figura 15 HMI Interfaz M quina Humano Donde ON Pulsador Encendido OFF Pulsador Apagado E Pulsador Pare de Emergencia MA Selector de Modo Manual o Autom tico S Pulsador de Subida en Modo Manual B Pulsador de Bajada en Modo Manual ST Pulsador Inicio en Modo Autom tico P Pulsador Pause en Modo Autom tico LR Luz Roja LV Luz Verde LA Luz Amarilla CS Conector Cable del Molde La luz roja se enciende al momento que se prende la m quina la luz verde se enciende al activar el motor y la luz amarilla encendida me indica que est activado el modo autom tico 3 2 5 FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE CONTROL Y POTENCIA El circuito de control es la parte m s delicada ya que se encuentra de controlar las entradas y salidas El circuito de potencia se realiza en base al funcionamiento del motor Funcionamiento del circuito de control El modo manual se selecciona para tareas de mantenimiento o posicionamiento del embolo seg n lo requiera el usuario El modo autom tico se selecciona para el moldeado de la carne molida para la preparaci n de hamburguesas
22. imo FUNCI N 150 porciones de carne hora depende del La presentaci n de alternativas se realiza en base a las usuario especificaciones t cnicas requeridas para el dise o y construcci n del prototipo propuestas por el cliente y el dise ador 2 2 1 ALTERNATIVA A SISTEMA DE MOLDEADO NEUMATICO Este sistema consta de un compresor que a trav s de una manguera transmite aire comprimido al cilindro neum tico para que este desplace el embolo de manera vertical dentro de un recipiente cil ndrico y a la vez presionar la masa de carne molida por un tubo conducto hasta llenar el molde Figura 2 Sistema neum tico Ventajas e Elaire es de f cil captaci n e Los sistemas neum ticos son muy seguros Dado que la mayor a de estos sistemas utilizan aire una fuga no produce contaminaci n e Elaire es ilimitado e El aire es almacenado y comprimido en acumuladores o tanques puede ser transportado y utilizado donde y cuando se precise e El aire es fiable incluso a temperaturas extremas Desventajas e El costo de operaci n a largo plazo de estos sistemas puede ser alto porque se necesita una gran cantidad de energ a para comprimir el suficiente gas para permitir que el sistema ejerza una cantidad adecuada de presi n e Poca precisi n en la cantidad de carne molida que debe llenar el molde e Para la preparaci n del aire comprimido es necesario la eliminaci n de impurezas y humedades previas a su utili
23. ma o peso y est tica Funcionalidad La m quina debe garantizar la formaci n de la porci n de carne molida en el di metro y espesor especificados 12 5 y 0 4 cm respectivamente Operaci n La m quina debe operar sin necesidad de personal especializado donde la velocidad del proceso de producci n depende del usuario Manufactura Para la fabricaci n de la m quina debe tomarse en cuenta la maquinabilidad y disponibilidad de los materiales en el mercado nacional Mantenimiento La m quina deber permitir e Facilidad de limpieza de los elementos en contacto con la carne molida e Accesibilidad a los diferentes mecanismos y elementos mec nicos e Realizar las actividades de mantenimiento preventivo y correctivo Costo El costo es un factor determinante ya que involucra no solo el costo de la m quina materiales accesorios y manufactura sino tambi n los costos de operaci n y mantenimiento La m quina a disefiarse debe tener un costo accesible Montaje Facilidad de montaje y desmontaje de los elementos en contacto con la carne molida recipiente contenedor tubo conducto y molde con el fin de facilitar las tareas de llenado de la carne molida y limpieza de los elementos Tama o La m quina debe tener un tama o que permita posicionarse f cilmente en el local de comida r pida HOT BURGUER adem s el tama o de los elementos de la m quina que van a ser desmontados frecuentemente recipiente cont
24. os resultados del software CAD Solidworks se dan en base a la teor a de Von Mises y son los siguientes RESULTADO M NIMO M XIMO Tensi n de Von 5 78616e 008 0 0536005 Mises N mm 2 N mm 2 MPa MPa Desplazamiento 0 mm 0 000752147 Resultante mm Tabla 5 Resultados m nimos y m ximos de la simulaci n de la estructura Se analiza los resultados y se detecta desplazamiento de menos de un mil metro en la parte superior de los dos tubos delanteros de la estructura pero en estos puntos los tubos ser n fijados al gabinete el ctrico mediante soldadura por lo que no ocasionara ning n problema en la construcci n total de la m quina El factor de seguridad m nimo es 3858 31 por lo que la estructura est sobredimensionada por lo que es adecuada para la construcci n 3 2 DISE O DEL CIRCUITO EL CTRICO DE CONTROL Y POTENCIA En el dise o del circuito el ctrico se describen y seleccionan los elementos utilizados se dimensionan las protecciones y se detalla el funcionamiento del circuito de control y fuerza 3 2 1 REL EL CTRICO ENCAPSULADO El rel encapsulado MY4 es un interruptor accionado por un electroim n que activar y desactivar los contactos normalmente abiertos NA y normalmente cerrados NC seg n las conexiones necesarias en el circuito de control Figura 11 Rel el ctrico encapsulado MY4 3 2 2 CONTACTORES Los contactores van a activar y desactivar el motor por lo que se los elige en base
25. rico de control y se detallan sus componentes seleccionados y normalizados 3 1 DISE O MEC NICO Los par metros considerados para el dise o mec nico se obtienen en base a las caracter sticas que tiene la porci n de carne molida elaborada en forma manual y las propiedades de la carne molida para la preparaci n de hamburguesas Los par metros sirven de condiciones para el dise o de las diferentes partes de la m quina e Producci n m nimo 150 porciones de carne horal e Di metro de porci n de carne molida 12 5 cm e Espesor de porci n de carne molida m ximo 4 mm e Capacidad m ximo 10 lb de carne molida e rea ocupada por la m quina 0 50 m En la figura 4 se indican las partes principales de la m quina y que servir n de gu a para el dise o y selecci n de las diferentes piezas y elementos Figura 4 M quina semiautom tica para el moldeado de carne molida 3 1 1 RECIPIENTE CONTENEDOR Para la construcci n del recipiente contenedor se considera el volumen aproximado de 0 010 m que abarca las 10 libras de carne de hamburguesa y la presi n necesaria para que la carne molida recorra el volumen de una porci n de carne en un tiempo adecuado dentro del cilindro De la masa total salen aproximadamente 300 porciones de carne adem s que la porci n de carne elaborada en forma manual tiene una masa promedio de 0 030 kg y un volumen aproximado a 50 cm La tabla 3 muestra los resulta
26. scriben a continuaci n e Mezcla y Batido E Incorporar un e Tiempo de reposo mes n para acumular las e Divisi n porciones de carne e Boleado Contacto con e Moldeado Alimentos Acero Inoxidable y o MATERIALES Duralon Molde Duralon Estructura Acero Inoxidable INICIO DEL PROCESO Dimensiones de las porciones de carne 12 5 cm de di metro y un espesor m ximo de MEZCLA Y 4 mm BATIDO El espacio total ocupado por la m quina debe ser el m nimo posible no RASI XONIO mayor a 0 50m DIVISI N 1510 D 3744 D10 AJLO D D 3724910 Construcci n con materia prima disponible en el mercado FABRICACI N El presupuesto m ximo asignado para la construcci n es de 3000 USD FIN DEL Accesibilidad 108 00 DNIO todos dispositivos MANTENIMIEN as artes en Figura 1Flujograma del proceso de moldeado de la carne molida TO p contacto con la 2 SELECCI N DE ALTERNATIVAS carne deben ser desmontables para La mejor alternativa para el dise o y construcci n de la su f cil limpieza m quina se determina considerando los aspectos claves de cada criterio de selecci n Dise o atractivo F cil operaci n no i EST TICA Y necesita persona 2 1 ESPECIFICACIONS TECNICAS ERGONOM A capacitado Tama o y peso adecuados PROPONE CRITERIO CLIEN DISE REQUERIMENTOS TE NADOR Tabla 1 Especificaciones t cnicas 2 2 PRESENTACI N DE ALTERNATIVAS Elaborar m n
27. torreductor Ubicaci n y fijaci n del motorreductor d Acople preciso de la cremallera con el pi n L ONES Figura 18 Montaje del motorreductor pi n y cremallera 4 2 2 MONTAJE DEL TABLERO DE CONTROL Y POTENCIA El montaje del tablero de control y potencia se lo realiza en el siguiente orden a Comprobar la presencia de pernos tuercas y arandelas que ser n empleados en el montaje del tablero b Ubicaci n y fijaci n del tablero de control y potencia Ubicaci n y fijaci n del extractor de calor d Ubicaci n y fijaci n de los sensores magn ticos Ubicaci n y soporte de los cables mediante canaleta pl stica ranurada dentro del compartimento superior de la m quina Figura 19 Montaje del tablero de control 4 3 PRUEBAS DE CAMPO Despu s de la construcci n y el montaje de la m quina semiautom tica es conveniente realizar las pruebas de campo que tienen como objetivo verificar las condiciones de dise o y el correcto funcionamiento del sistema mec nico y el circuito el ctrico de control y potencia 4 3 1 CAPACIDAD DE PRODUCCI N DE LA M QUINA Se verifica la capacidad de producci n para la que fue dise ada la m quina realizando pruebas de moldeado de la carne molida con tres usuarios diferentes en un tiempo de una hora EVALUACI N TIEMPO CANTIDAD I CUM CUM PLE PLE Usuario 1 hora 158 X Es muy importante mencionar que los resultados obtenidos en l
28. ue el material est sobredimensionado para el uso que se le va a dar Figura 6 Embolo 3 1 3 POTENCIA REQUERIDA El torque se calcula del producto de la fuerza necesaria para desplazar la carne molida y el radio del pi n Tr Fxr Ecuaci n 4 Tr 882 9N x 0 05m Tr 2 44 145 N m Una vez obtenido el torque se calcula la potencia te rica que se consume en el sistema La experiencia ha demostrado que la velocidad adecuada para presionar la carne molida esta entre 10 rpm y 35 rpm Pt Tr w Ecuaci n 5 Pt 44 145 10rpm 2 LP 2220 60s 746w 1rev Pt 0 1 hp Calculado el valor te rico se puede calcular la potencia real del motor ya que solo se ha considerado la potencia requerida por el sistema pero no las p rdidas ocasionadas en la transmisi n y la eficiencia del motor La eficiencia del sistema mediante pi n cremallera es 98 la eficiencia del motor se establece en un 90 y la eficiencia del motor reductor para este caso se asume el valor del 98 P nmotor x nmotoreductor x nsistema Pr Ecuaci n 6 Pr 0 22 hp 0 90 x0 98 x0 98 Pr 0 12 hp 3 1 4 PIN N CREMALLERA De acuerdo al funcionamiento de la m quina se requiere de la construcci n de pi n y cremallera Figura 7 Pifi n cremallera Se establecen los siguientes par metros de construcci n de pi n cremallera PARAMETRO UNIDAD CREMA LLERA ms me orimitivo O O ER ETS mmo9
29. uina del sistema mec nico y del circuito el ctrico de control y potencia funcionan correctamente sin carga y de igual forma al estar con carga el prototipo trabaja sin ning n problema en el moldeado de la carne molida Las dimensiones generales de la m quina coinciden con las dimensiones previamente establecidas en el dise o del prototipo Tabla 8 Costo total de la m quina En la tabla 8 el valor total de la m quina semiautom tica para el moldeado de carne molida para la preparaci n de hamburguesas es 3083 44 USD Una cantidad m nima sobrepasa al valor esperado inicialmente pero es aceptable 5 2 COSTO BENEFICIO CON MAQUINA SIN MAQUINA 787 5 225 562 5 Es posible recuperar la inversi n del costo total de la m quina en SEIS meses aproximadamente cabe recalcar que la hora de trabajo es cancelada en 5 d lares americanos y el valor de cada porci n de carne molida para la preparaci n de hamburguesas se estima en 0 40 centavos de d lar Beneficio gt 1 BUENO Costo Beneficio lt 1 MALO Costo Se estima el beneficio en un mes en 562 5 USD en seis meses ser igual a 3375 USD y el costo total de la m quina es igual a 3083 44 USD 3375 308344 1 BUENO 1 1 gt 1 BUENO 6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6 1 CONCLUSIONES Con la m quina se logra duplicar la capacidad de producci n de las porciones de carne molida para la preparaci n de h
30. zaci n e Elaire que escapa a la atmosfera produce ruidos bastante molestos e Debido a su gran compresibilidad no se obtienen velocidades uniformes en los elementos de trabajo 2 2 2 ALTERNATIVA B SISTEMA DE MOLDEADO MECANICO Este sistema consta de un motorreductor donde su eje esta acoplado a un pi n que al girar desplaza verticalmente una cremallera que funciona como embolo dentro de un recipiente cil ndrico para presionar la masa de carne molida hacia un molde a trav s de un tubo conducto Figura 3 Sistema mec nico Ventajas e Mayor precisi n en la cantidad de carne molida que debe llenar el molde e No existen problemas de desplazamiento por lo que es un sistema muy eficiente para transmitir movimiento entre dos ejes de una m quina e Relaci n de transmisi n constante independiente de la carga e Seguridad de funcionamiento y larga duraci n soportando sobrecargas y no precisando m s que una escasa vigilancia e Dimensiones reducidas de sus componentes y elevado rendimiento Desventajas e No pueden transmitir potencia entre distancias grandes entre centros para estos casos se utiliza poleas o cadenas e Sus componentes son relativamente costosos e Ruido durante el funcionamiento e Requieren mantenimiento control y lubricaci n 2 3 CRITERIOS DE SELECCI N Se toman en cuenta nueve criterios de selecci n funcionalidad operaci n manufactura mantenimiento costo montaje ta
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