clasificadora de grano, Tesis de Diseño de Máquinas

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DISEÑO DE UNA MÁQUINA CLASIFICADORA DE CAFÉ POR TAMAÑO

DANNY LORENA IMBACHÍ GÓMEZ

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DE POPAYÁN

PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIAL

POPAYÁN

AGOSTO DEL 2019

Contenido

• CAPÍTULO I
• 1. INTRODUCCIÓN
• 2. OBJETIVOS
  • 2.1 OBJETIVOS GENERALES
  • 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• 3. ANTECEDENTES.....................................................................................................
  • 3.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA..................................................................
  • 3.2 JUSTFICACIÓN
• 4. MARCO TEORICO
  • 4.1 TIPOS DE CAFÉ
  • 4.2 CALIBRE DE LAS CRIBAS PARA CLASIFICAR EL GRANO (CAFÉ)
  • 4.3 ASPECTOS LEGALES (NORMATIVIDAD)
  • 4.4 METODOS MOTRICES PARA CLASIFICAR EL GRANO
    • 4.4.1 CLASIFICADORA DE GRANOS ROTATIVA
    • 4.4.2 CLASIFICADORA DE GRANOS HORIZONTAL
    • 4.4.3 CLASIFICADORA DE GRANOS VIBRATORIA
  • SERVIRA COMO GUÍA PARA LA REALIZACIÓN DEL DISEÑO 4.5 CRITERIOS PARA SELECCIONAR LA TECNICA ADECUADA QUE
    • 4.5.1 CONTRUCCIÓN
    • 4.5.2 OPERACIÓN
    • 4.5.3 MONTAJE Y DESMONTAJE
    • 4.5.4 TAMAÑO
    • 4.5.5 MANTENIMIENTO Y CONFIABILIDAD.................................................
    • 4.5.6 MODO DE CLASIFICACIÓN
  • 4.6 ANALISIS DE SELECCIÓN
• CAPÍTULO II ...................................................................................................................
• 5. FACTORES DIFERENCIADORES DE LA REALIZACIÓN DEL DISEÑO
  • 5.1 REDUCCIÓN DE TAMAÑO
  • 5.2 MOTOR
  • 5.3 SELECCIÓN CONTINUA
  • 5.4 MAQUINA DE BAJO COSTO
  • 5.5 IMPLEMENTACIÓN DE UN ESPIRAL
• 6. CAPACIDAD DE LA MAQUINA
• Datos: ...............................................................................................................................
  • 6.1 PESO PROMEDIO DEL CAFÉ
  • 6.2 FRECUENCIA DE VIBRACIÓN DEL MOTOR
  • 6.3 CAPACIDAD ESTANDAR
• CAPÍTULO III .................................................................................................................
• MÁQUINA. 7. DIMENSIONES Y DISEÑO DE CADA UNA DE LAS PARTES DE LA
  • 7.1 CRIBAS Y BANDEJAS
  • 7.2 GUÍAS
  • 7.3 BASES EXTERNAS
  • 7.4 RODAMIENTOS O BALINERAS
  • 7.5 EJES
  • 7.6 MOTOR
  • 7.7 SOPORTE MOTOR
  • 7.8 POLEAS
  • 7.9 POLEA MOTOR
  • 7.10 BASE MOTOR
  • 7.11 TORNILLO BASE MOTOR
  • 7.12 BANDA
  • 7.13 EMBUDO
  • 7.14 BASE EMBUDO
  • 7.15 SOPORTE BASE EMBUDO
  • 7.16 ESPIRAL
  • 7.17 TAPAS BANCO DE TRABAJO
  • 7.18 TAPAS MÁQUINA
  • 7.19 BASES ESPIRAL
  • 7.20 EMSAMBLE MOTOR
  • 7.21 ENSAMBLE ESPIRAL
  • 7.22 ENSAMBLE CRIBAS
  • 7.23 ENSAMBLE POLEA, BALINERA Y BASE BALINERA
  • 7.24 ENSAMBLE BASE EXTERNA
  • 7.25 ENSAMBLE POLEAS, GUÍAS, BASES EXTERNAS, BALINERAS.
  • 7.26 ENSAMBLE TORNILLO AJUSTE MOTOR
  • 7.27 ENSAMBLE TOTAL
• CAPÍTULO IV .................................................................................................................
• 8. CONCLUSIONES
• 9. BIBLOGRAFIA
• Bibliografía .......................................................................................................................
• Tabla 1 Tipos de café LISTA TABLAS
• Tabla 2 Calibre de las cribas
• Tabla 3 Criterios de evaluación .........................................................................................
• Tabla 4 Medidas estandares ..............................................................................................
• Ilustración 1 Norma LISTA ILUSTRACIONES
• Ilustración 2 rotativa
• Ilustración 3 Horizontal ....................................................................................................
• Ilustración 4 Vibratoria .....................................................................................................
• Ilustración 5 Diseño criba/bandeja ....................................................................................
• Ilustración 6 Diseño criba/bandeja ....................................................................................
• Ilustración 7 Diseño criba/bandeja ....................................................................................
• Ilustración 8 Diseño criba/bandeja ....................................................................................
• Ilustración 9 Diseño criba/bandeja ....................................................................................
• Ilustración 10 Diseño criba/bandeja ..................................................................................
• Ilustración 11 Diseño Guías ..............................................................................................
• Ilustración 12 Diseño bases externas .................................................................................
• Ilustración 13 Diseño rodamientos y soporte rodamientos .................................................
• Ilustración 14 Diseño ejes .................................................................................................
• Ilustración 15 Contraportada motor ...................................................................................
• Ilustración 16 Cubierta frontal motor ................................................................................
• Ilustración 17 Eje motor ....................................................................................................
• Ilustración 18 Estator motor ..............................................................................................
• Ilustración 19 Soporte motor .............................................................................................
• Ilustración 20 Diseño poleas .............................................................................................
• Ilustración 21 Diseño polea motor .....................................................................................
• Ilustración 22 Diseño base motor ......................................................................................
• Ilustración 23 Diseño tornillo, tuerca y arandela base motor ..............................................
• Ilustración 24 Diseño banda ..............................................................................................
• Ilustración 25 Diseño embudo ...........................................................................................
• Ilustración 26 Diseño base embudo ...................................................................................
• Ilustración 27 Diseño soporte base embudo .......................................................................
• Ilustración 28 Diseño espiral .............................................................................................
• Ilustración 29 tapas banco de trabajo .................................................................................
• Ilustración 30 Tapas máquina ............................................................................................
• Ilustración 31 Diseño bases espiral ....................................................................................
• Ilustración 32 1parte ensamble motor ................................................................................
• Ilustración 33 2 parte ensamble motor, base y soporte motor ...........................................
• Ilustración 34 Diseño espiral bases y soportes ...................................................................
• Ilustración 35 Ensamble cribas, guías, tornillos y base rodamiento ....................................
• Ilustración 36 Ensamble polea, rodamiento y base rodamiento ..........................................
• Ilustración 37 Ensamble base externa, rodamiento y base rodamiento ...............................
  • ......................................................................................................................................... Ilustración 38 Ensamble guías, rodamientos, base rodamiento, ejes, poleas y bases externas
• Ilustración 39 Ensamble tornillo ajuste motor...................................................................
• Ilustración 40 Diseño ensamble total .................................................................................

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

El café es uno de los productos más sobresalientes en el departamento del Cauca con una demanda creciente que comprende procesos de cultivo, producción y comercialización, por el cual se ha visto la necesidad de aportar conocimientos de ingeniería industrial de la Fundación Universitaria de Popayán en el diseño de una máquina clasificadora de café por tamaño, este proyecto está dirigido en favorecer a los pequeños caficultores del Cauca con el fin de incrementar la eficiencia y calidad en el proceso de clasificado del café.

El proyecto se divide en 5 capítulos que se detallaran a continuación:

Capítulo I se encuentran los objetivos generales y específicos, se define el problema y la justificación, antecedentes, marco teórico con información acerca los tipos de café que se da en el departamento del cauca y sus características, medidas estándares del café en milímetros (mm), normas que cobijen el diseño y construcción de la máquina, los diferentes métodos motrices de clasificar que existen en la industria, ventajas, desventajas, funcionamiento y materiales; También se selecciona la máquina o técnica mediante unos criterios de evaluación que servirán como guía para la realización del diseño.

Capítulo II se definen los factores diferenciadores o valor agregado que va a tener el diseño, con el fin de dar solución a las desventajas que tienen las máquinas actuales y beneficiar al caficultor; También se determina capacidad mínima y estándar de la máquina de acuerdo a la producción diaria de un caficultor.

Capítulo III se realiza el diseño, despiece y ensamble de cada una de las partes de la máquina clasificadora de café por tamaño.

Capítulo IV se da sugerencia de los materiales de construcción de la máquina, se realizan conclusiones obtenidas del proyecto y referencias del mismo.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVOS GENERALES

Realizar el diseño de una máquina clasificadora de café por tamaño.

por el tamaño CASTILLA Grande redondo

 Menos resistente

Bajo

Fácil de cosechar por el tamaño

Dulce

COLOMBIA Pequeño cilíndrico

 Resistente Alto (entre 5metros)

Difícil de cosechar por el tamaño

Dulce

TIPICA Grande

 Resistente Alto (entre 5metros)

Difícil de cosechar por el tamaño

ácido y dulces

BORBÓN Grande cilíndrico

 Resistente Alto (entre 5metros)

Difícil de cosechar por el tamaño

Dulce

MARGOGYPE Grande

 Resistente Alto (entre 5metros)

Difícil de cosechar por el tamaño

Dulce

TABI Grande

 Resistente Alto (entre 5metros)

Difícil de cosechar por el tamaño

Dulce

CATIMORI (No da mucha tasa porque no pesa mucho)

Pequeño cilíndrico

 Resistente Alto (entre 5metros)

Difícil de cosechar por el tamaño

Amargo

4.2 CALIBRE DE LAS CRIBAS PARA CLASIFICAR EL GRANO (CAFÉ)

Tabla 2 Calibre de las cribas NÚMERO DE CRIBA Dimensiones en mm 10 4,

Grano pequeño

16 6,30 Grano 17 6,70^ mediano 18 7, Grano grande

Las anteriores medidas serán utilizadas para clasificar el grano por tamaño usando cribas o zarandas que tendrán agujeros con las medidas ya expresadas; el orden de estas medidas será de mayor a menor permitiendo que el grano grande, pequeño y mediano pase por todas las fases de selección; estas cribas permiten que el tamaño del lote de café clasificado sea uniforme en su tamaño.

4.3 ASPECTOS LEGALES (NORMATIVIDAD)

 ISO 14159: 2002 (seguridad de la máquina y requisitos de higiene para el diseño de maquinaria). Diseño de máquinas y especificaciones de diseño, la aplicación de los contenidos que indican la norma es importante para el “diseño higiénico de las máquinas y sus componentes” además tienen en cuenta “los elementos de diseño fundamentales que pueden emplearse para la construcción de equipos”.

Superficies: Un acabado de alta calidad de las superficies de los componentes que están en contacto con los productos se hace imprescindible para evitar cualquier impureza microbiana. Esto se mide con un instrumento llamado rugosímetro, el valor ideal de rugosidad media (Ra) es de <= 0.8 micrómetros.

Ángulos interiores, esquinas y radios: Los radios extremadamente pequeños y las esquinas representan siempre un riesgo para la higiene, para controlar esto el radio mínimo especificado es de 3mm.

Anexo a esta norma para la realización del diseño también se eliminaran las puntas de cada una de las piezas ya que estas maltratan el producto.

Esta norma se revisó y confirmó por última vez en el 2018, por lo tanto esta versión permanece vigente.

Ilustración 1 Norma

 Cilindro horizontal

4.4.1.2 Funcionamiento

El motor eléctrico es el que transfiere movimiento mediante el mecanismo de poleas y bandas, el mismo transmite el movimiento a la criba cilíndrica horizontal que al girar clasifica el grano.

4.4.1.3 Ventajas

 Trabaja en forma continua.  La clasificación se realiza de forma rápida.  La capacidad del producto es mayor ya que la zaranda abastece un gran volumen.

4.4.1.4 Desventajas

 La construcción de las cribas es compleja ya que son de forma cilíndrica  Será un sistema incomodo de manejar por su tamaño.

 Ocupa gran espacio.

 Maltrata el producto.  Difícil acceso del producto a la criba.

4.4.2 CLASIFICADORA DE GRANOS HORIZONTAL

Ilustración 3 Horizontal

4.4.2.1 Materiales

 Motor eléctrico que hace parte de su sistema motriz.

 Recolector de grano

 Mesa deslizante.  Zaranda (criba)

 Estructura.

 Mecanismo polea banda: su función es reducir la velocidad mediante un reductor de velocidades.

 Mecanismo biela manivela: permite que la mesa que contiene la criba se desplace de forma horizontal y de clasificar el grano.

4.4.2.2 Funcionamiento

El motor eléctrico es el que transfiere el movimiento mediante el mecanismo de poleas y bandas, el cual se encuentra conjugado a un mecanismo de biela-manivela este es el encargado de transmitir movimiento a una mesa que se desplaza horizontalmente en la que se encuentra una zaranda, produciéndose así la clasificación del grano que será desalojado en la bandeja recolectora.

4.4.2.3 Ventajas

 Reduce costos de fabricación.  Mantenimiento sencillo y económico.

 Facilita la recolección del grano.

 Fácil construcción.

4.4.2.4 Desventajas

 Existen las posibilidades de atascamiento del grano en su flujo a través de la criba.

 Requiere espacio.

 Mucho ruido por el mecanismo de biela-manivela.

 No produce daños al producto por su tipo de clasificación.

 Reducción de ruido debido al sistema de amortiguamiento.  Sistema de clasificación confiable ya que el método de vibración es regulable.

4.4.3.4 Desventajas

 Requiere de un gran espacio físico.  Mecanismo es más complejo.

 Limitación de altura.

4.5 CRITERIOS PARA SELECCIONAR LA TECNICA ADECUADA QUE

SERVIRA COMO GUÍA PARA LA REALIZACIÓN DEL DISEÑO

4.5.1 CONTRUCCIÓN

Una construcción rápida y sencilla, donde su ensamble no necesite de herramientas especiales ni mano de obra altamente calificada, con el fin de disminuir costos.

4.5.2 OPERACIÓN

El quipo debe ser operado por cualquier persona, su funcionamiento debe tener una secuencia lógica evitando el maltrato al producto.

4.5.3 MONTAJE Y DESMONTAJE

Se refiere a unas piezas fijas y otras móviles, además el montaje no debe ser complejo.

4.5.4 TAMAÑO

Se refiere al espacio físico que ocupara la máquina, el objetivo es que la maquina no requiera de mayor espacio físico, teniendo en cuenta que la mayor parte de la finca cafetera está enfocada para la producción del café.

4.5.5 MANTENIMIENTO Y CONFIABILIDAD

Tiene que ver directamente con la eficiencia de la máquina, es decir que realice el trabajo de clasificación con bajo porcentaje de error, además que tenga buen funcionamiento y seguridad para la persona que opera.

4.5.6 MODO DE CLASIFICACIÓN

Tiene que ser de fácil acceso para realizar mantenimiento. POCO ESFUERZO CORPORAL: Se busca incrementar el bienestar del usuario aumentando la seguridad, salud y satisfacción.

4.6 ANALISIS DE SELECCIÓN

Tabla 3 Criterios de evaluación ANALISIS DE SELECCIÓN CRITERIO ROTATIVA HORIZONTAL VIBRATORIA EVALUACIÓN 1 Construcción^8 8 7 2 Operación^8 8 8 3 Montaje y desmontaje

5 5 8 10

4 Tamaño^6 6 8 5 Mantenimiento y confiabilidad

6 8 9 10

6 Modo de clasificación

8 8 9 10

∑ 41 43 49 60 INDICE PORCENTUAL 41/60 43/60 49/

Con los resultados obtenidos en la anterior tabla se selecciona la máquina clasificadora de granos vibratoria, es la que mejor se ajusta a los criterios de selección y será la guía para la ejecución del diseño de la máquina clasificadora de café.

CAPÍTULO II

5. FACTORES DIFERENCIADORES DE LA REALIZACIÓN DEL DISEÑO

5.1 REDUCCIÓN DE TAMAÑO

Se busca que la máquina sea portable y que la persona que adquiera la máquina no tenga ningún problema en transportarla ni manipularla.

Promedio de producción según la Federación Nacional de cafeteros: El caficultor de producir 50 kg de café al día.

50 kg 50.000gr de producción en la maquina cada hora

6.2 FRECUENCIA DE VIBRACIÓN DEL MOTOR

= 4,6 ≈ 5 Revoluciones en 1 minuto

El objetivo es que la máquina como mínimo clasifique 50.000 gr/ hora, se requiere que el motor como mínimo tenga 5 revoluciones por minuto, es decir se necesita un motor pequeño, el cual le da cumplimiento a uno de principales objetivos que es reducir energía.

6.3 CAPACIDAD ESTANDAR

= 0,41 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎𝑠

Con la implementación de la polea (diámetro externo 25mm) en el eje del motor se logró una eficiencia de clasificación de la máquina, es decir la máquina pasa de clasificar 54.000 gr a 130.500 gr en una hora, estos datos tienen un impacto positivo para los caficultores porque está clasificando más de la mitad; el motor que se seleccionó tienes las siguientes características:

MOTOR MONOFÁSICO ARMAZON ESTANDAR

o Potencia: 1 hp o Tipo: 1F30564YC o Velocidad: 1745 rpm o Tensión nominal: 127 volt o Corriente nominal: 16/7.4 A o Peso Neto: 15.4 kg

o Longitud L: 313 mm

Para el diseño se tuvo en cuenta las siguientes medidas estándares: Tabla 4 Medidas estándares

Ilustración 7 Diseño criba/bandeja

Ilustración 8 Diseño criba/bandeja

Ilustración 9 Diseño criba/bandeja

Ilustración 10 Diseño criba/bandeja

7.2 GUÍAS

Ilustración 11 Diseño Guías

7.3 BASES EXTERNAS