1011 2006 esime-zac maestria rivera arellano victorhugo

TÉSIS:

“EXTRACCION DE TECNOLOGIA DE LA CAMARA DE TOSTADO DE UN TOSTADOR DE CAFÉ”.

PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA MECÁNICA CON OPCIÓN DISEÑO.

PRESENTA: ING. VICTOR HUGO RIVERA ARELLANO.

DIRECTORA:

M. EN C. ALLA KABATSKAIA IVANOVNA

MÉXICO D.F, 2006

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN.

RESUMEN

1

Resumen Al existir la necesidad de aplicar ingeniería a productos hechos por algunas industrias mexicanas de forma artesanal se crea la necesidad de estudiar la cámara de tostado de un tostador de café de lecho fluidizado. En la presente tesis se realiza un trabajo de extracción de tecnología de la cámara de tostado de un tostador de café, comenzando con una breve introducción acerca de las generalidades en cuanto a lo que se refiere a la producción del café a nivel mundial y su consumo, así como los distintos tipos de tostado de café. Al inicio del presente trabajo se efectuó el planteamiento del problema, en el cual se define de forma sustancial la problemática a solucionar, mediante el análisis del funcionamiento del tostador de café como un conjunto total y llegando a analizar la parte de estudio de la presente tesis la cual es la cámara de tostado, la cámara de tostado es estudiada desde el punto de vista de ensamble, verificando cada uno de sus componentes y las deficiencias en cuanto a ensamble provocadas por las malas especificaciones para la manufactura y el ensamble, así como la mala definición de formas geométricas y de tolerancias y ajustes dimensiónales. La utilización de una metodología es parte fundamental dentro del desarrollo de esta tesis, de esta forma, es consultada de la metodología para la extracción de tecnología, que es la que más se apega al tipo de trabajo a efectuar con la cámara de tostado del tostador de café de lecho fluidizado. Dentro de la metodología para la extracción de tecnología se definen dos conceptos muy importantes, los cuales son la generación de la tecnología de definición y la generación de tecnología de fabricación, el presente trabajo comprende hasta la generación de tecnología de definición, ya que la generación de tecnología de fabricación se lleva a cabo alumno – industria, por contener puntos los cuales quedan fuera del alcanza para que el alumno solo los pueda resolver. Una vez generada la tecnología de fabricación se construye el expediente tecnológico de definición de la cámara de tostado del tostador de café, este documento contendrá información técnica acerca de la cámara de tostado, como materiales, tratamientos térmicos y superficiales, definición de formas, dibujos o esquemas, principales puntos para su funcionamiento e integración, etc.

ABSTRACT

2

ABSTRACT When existing the necessity to apply engineering to products made by some Mexican industries in a handmade way the necessity it is believed of studying the toasted camera of a coffee toaster of fluidization. In the present thesis it’s made a work of extraction of technology of the toasted camera of a coffee toaster, beginning with a brief introduction about the generalities as for what refers to the production from the coffee to world level and their consumption, as well as the different coffee toast. To the beginning of the present work the position of the problem is made, in which is defined in a substantial way the problem to solve, by means of the analysis of the operation of coffee toaster as a total group and ending up analyzing the part of study of the present thesis which is the toasted camera, the camera of having toasted is studied from the point of view of it assembles, verifying each one of their components and the deficiencies as for it assembles caused by the bad specification for the factory and the one assembles, as well as the bad definition in geometric ways and of tolerances and adjustments dimensional. The use of a methodology is fundamental part inside the development of this thesis, this way, it is consulted of the methodology for the technology extraction that is the one that more attaches to the work type to make with the toasted camera of a coffee toaster of fluidization. Inside the methodology for the technology extraction are defined two very important concepts, which are the generation of the definition technology and the generation of technology of production, the present work understands until the generation of definition technology, since the generation of technology of production is carried out student - industry, to contain points which are outside of the one reaches so that the alone student can solve them. Once generated the technology of production the technological file of definition of the camera is built of the toasted camera of a coffee toaster, this document will contain technical information about the toasted camera, as materials, thermal and superficial treatments, definition in shapes, drawings or sketch, main points for its operation and integration, etc.

INDICE

¨ EXTRACCIÓN DE TECNOLOGÍA DE LA CÁMARA DE TOSTADO PARA UN TOSTADOR DE CAFÉ. ¨

INDICE DE TABLAS INDICE DE FIGURAS

RESUMEN 1ABSTRACT 2OBJETIVO 3JUSTIFICACION 4INTRODUCCION 5

Capitulo I. Generalidades 6 1.1 Antecedentes. 71.2 Defectos e imperfecciones del café. 9

1.2.1 Muestras para análisis y evaluaciones. 91.2.2 Detección e imperfecciones en verde. 9

1.2.2.1 Contenido de caracoles. 101.3 El tostado. 11

Capitulo II. Planteamiento del problema. 17 2.1 Tostador de café a base de lecho fluidizado. 182.2 Funcionamiento del tostador de café. 192.3 Cámara de tostado. 212.4 Problemas en el diseño de la cámara de tostado. 23

2.4.1 Ensamble cilindro, arillo, de fijación de brida y brida. 242.4.2. Ensamble del cilindro de cámara, soportes y cilindro de volteo 252.4.3 Ensamble entre bridas. 252.4.4 Ensamble de la brida con el arillo de fijación y la tobera de salida de aire caliente. 262.4.5. Ensamble del distribuidor de aire con el cono de transición de salida de aire caliente. 272.4.6. Ensamble del cono de transición con la cabina y el soporte de la cámara de tostado. 282.4.7. Ensamble de la tapa frontal y trasera con la compuerta de desahogo de gases, ubicada en la parte inferior de la cabina. 282.4.8.- protección térmica en la cámara de tostado. 29

Capitulo III Metodología. 30 3.1 Metodología para la extracción de tecnología... 313.2 Etapas del proceso de extracción de tecnología. 31

3.2.1 Inicia la generación de tecnología de definición. 313.2.2 Inicia la generación de tecnología de fabricación. 353.2.3 Diagrama de bloques del proceso de extracción de tecnología. 36

3.3 Evolución de satisfactores. 373.4 Conclusiones del diagrama. 40

Capitulo IV. Generación de la tecnología de definición. 41 4.1.- Introducción. 424.2.- Seleccionar el producto. 424.3.- Verificar demanda insatisfecha. 424.4.- Hacer estudio funcional del producto en su conjunto y registrar sus puntos notables. 434.5. Dividir el producto en subconjuntos. Sea por funciones o por disciplina involucrada. 434.6.- Comparar las características del producto con las de otros semejantes, o bien con normas o catálogos de productos parecidos. 444.7.- Asignar los subconjuntos del producto, a cada uno de los integrantes del equipo de diseñadores. 444.8.- Diseñar formatos para el control de: Tamaño y numeración de dibujos, análisis de fabricación, ensamble y fase. Números de parte. Nombre de partes.

45

4.9.- Designar las características más importantes, que deben cumplirse en las uniones de cada subconjunto. 464.10.- Medir el producto y documentar las especificaciones de cada componente.

4.10.1.- distribuidor de café. 4.10.2.- cilindro de cámara. 4.10.3.- soporte de cilindro de volteo. 4.10.4.- cilindro de volteo. 4.10.5.- cono de cámara de tostado. 4.10.6.- arillo de fijación de brida. 4.10.7.- brida. 4.10.8.- rejilla. 4.10.9.- distribuidor de aire. 4.10.10.- cono de transición de salida de aire caliente. 4.10.11.- cabina. 4.10.12.- compuerta de desahogo de gases. 4.10.13.- soporte principal de cámara de tostado.

51 51525353545758606163646669

4.11.- asignar las tolerancias necesarias de cada componente, atendiendo al: funcionamiento y dimensionamiento para lograr ajustes y ensambles óptimos. Control de posición y de forma de sus elementos geométricos. Estado de rugosidad de las superficies críticas, de los componentes más importantes.

4.11.1.- distribuidor de café. 7171

4.11.2.- cilindro de cámara. 4.11.3.- soporte de cilindro de volteo. 4.11.4.- cilindro de volteo. 4.11.5.- cono de cámara de tostado. 4.11.6.- arillo de fijación de brida. 4.11.7.- brida. 4.11.8.- rejilla. 4.11.9.- distribuidor de aire. 4.11.10.- cono de transición de salida de aire caliente. 4.11.11.- cabina. 4.11.12.- compuerta de desahogo de gases. 4.11.13.- soporte principal de cámara de tostado.

75787980868890919497

106118

4.12 Determinar los materiales de cada parte. 1194.13 Deducir y designar las características de los recubrimientos superficiales, de las partes y del conjunto. 1214.14 Identificar los tratamientos térmicos en los componentes que los tengan y especificarlos. 1224.15 Asignar nombres, números de parte y números de dibujo, a cada componente del producto, asentándolos en los formatos de registro asignados para ello. 1234.16 Elaborar planos de conjunto y de subconjuntos, integrándolos a partir de la información contenida en los planos elaborados de cada componente. 1244.17 Comprobar que el plano de conjunto y sus componentes, corresponden al producto originalmente seleccionado o a uno superior al mismo.

127

Capitulo V. Resultados y discusiones. 128 5.1 Integrar el expediente tecnológico de definición del producto, con los dibujos y especificaciones deducidos, la memoria de cálculos y las justificaciones técnicas efectuadas. 1295.2 Elaborar las conclusiones de trabajo realizado, registrando los aspectos más relevantes encontrados, durante el proceso de extracción de tecnología. 1295.3 Registrar las mejoras posibles, para un próximo modelo del mismo producto. 1425.4 Análisis de resultados. 145

Conclusiones 148

Referencias 149

Anexo A. Expediente tecnológico de definición. 1A A.1.- Relación de dibujos de detalle de la cámara de tostado. 2A Anexo B. desarrollos, tolerancias dimensionales, propiedades y clasificación del acero inoxidable y el abedul, acabados superficiales. 1B

B.1.- desarrollos de lámina.

B.1.1.- desarrollos. B.1.1.1.- trabajos de metalistería. B.1.1.2.- construcción de moldes.

B.1.2.- desarrollos de línea paralela. B.1.2.1.- patrón de un prisma. B.1.2.2.- patrón de un prisma oblicuo. B.1.2.3.- cilindros. B.1.2.4.- circunferencia. B1.2.5.- elementos. B.1.2.6.- patrón de un cilindro truncado.

B.1.3.- desarrollos en línea radial. B.1.3.1.- patrón de un cono. B.1.3.2.- patrón de un cono truncado. B.1.3.3.- triangulación. B.1.3.4.- patrón de un cono oblicuo. B.1.3.5.- piezas de transición. B.1.3.6.- patrón de una pieza de transición.

B.1.4.- radio mínimo de doblez.

B.2.- tolerancias dimensionales. B.2.1.- introducción. B.2.2.- sistema ISO de tolerancias y ajustes.

B.2.2.1.- la calidad y los procesos de fabricación. B.2.2.2.- posición de la tolerancia. B.2.2.3.- designación de la tolerancia. B.2.2.4.- ajustes. B.2.2.5.- sistema de agujero normal. B.2.2.6.- sistema de árbol normal. B.2.2.7.- designación de ajustes. B.2.2.8.- juego y apriete. B.2.2.9.- tolerancia funcional. B.2.2.10.- tolerancias generales.

B.3.- propiedades y clasificación del acero inoxidable. B.3.1.- clasificación de los aceros inoxidables.

B.3.1.1.- fundamentos. B.3.1.2.- desarrollo histórico.

B.3.2.- conocimiento básico del proceso de producción. B.3.2.1.- laminación en frió.

B.3.3.- clasificación de los aceros inoxidables. B.3.3.1.- familias de los aceros inoxidables. B.3.3.2.- como se designan los aceros inoxidables. B.3.3.3.- aleaciones.

B.3.4.- clases de acero inoxidable. B.3.4.1.- aceros inoxidables austeniticos.

2B2B3B5B5B5B7B8B9B

10B10B12B12B13B14B14B15B15B16B

17B17B18B19B20B23B23B23B24B25B25B27B29B

29B29B29B30B31B31B32B32B33B33B34B34B

B.3.4.1.1.- metalurgia básica. B.3.4.1.2.- serie 300 AISI.

B.3.5.- características de los aceros inoxidables. B.3.5.1.- CLASE III – Grupo Austenitico.

B.3.5.1.1.- 304, 304L. B.3.6.- características de la corrosión.

B.3.6.1.- fundamentos. B.3.6.2.- ¿Por qué el acero inoxidable es resistente al oxido? B.3.6.3.- la capa pasiva.

B.3.7.- Abedul. B.4.- decapado y pasivado del acero inoxidable.

B.4.1.- la capa pasiva del acero inoxidable. B.4.2.- descascarillado. B.4.3.- decapado. B.4.4.- pasivado. B.4.5.- limpieza. B.4.6.- resultados del decapado y pasivado.

B.5.- acabados superficiales de los aceros inoxidables. B.5.1.- aspectos técnicos y prácticos

35B35B36B36B36B38B38B38B38B39B40B40B41B42B43B43B43B45B45B

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.3.1. Tabla 4.9.1. Tabla 4.12.1. Tabla 4.15.1. Tabla 5.3.1. Tabla A.1 Tabla B.1.4.1. Tabla B.2.2.1. Tabla B.2.2.1.1. Tabla B.2.2.6.1. Tabla B.2.2.9.1. Tabla B.2.2.10.1. Tabla B.3.4.1. Tabla B.3.5.1.1.1. Tabla B.5.1.1.

14

47

120

123

143

2A

17B

18B

19B

25B

28B

29B

34B

37B

45B

INDICE DE FIGURAS

FIGURA PAGINAFigura 1.1.1 Figura 1.1.2. Figura 1.3.1. Figura 1.3.2. Figura 1.3.3. Figura 1.3.4. Figura 1.3.5. Figura 2.2.1. Figura 2.2.2. Figura 2.2.3. Figura 2.3.1. Figura 2.4.1.1. Figura 2.4.1.2. Figura 2.4.3.1. Figura 2.4.4.1. Figura 2.4.5.1. Figura 2.4.6.1. Figura 2.4.7.1. Figura 4.5.1. Figura 4.10.1.1. Figura 4.10.2.1. Figura 4.10.3.1. Figura 4.10.4.1. Figura 4.10.5.1. Figura 4.10.5.2. Figura 4.10.5.3. Figura 4.10.5.4. Figura 4.10.6.1. Figura 4.10.7.1. Figura 4.10.8.1. Figura 4.10.9.1. Figura 4.10.9.2. Figura 4.10.9.3. Figura 4.10.10.1. Figura 4.10.11.1. Figura 4.10.11.2. Figura 4.10.11.3. Figura 4.10.11.4. Figura 4.10.12.1. Figura 4.10.12.2. Figura 4.10.12.3. Figura 4.10.12.4. Figura 4.10.12.5. Figura 4.10.13.1.

78

111315151619202122242526262728294351525354555656575859606162626364656566676768686970

Figura 4.10.13.2. Figura 4.10.13.3. Figura 4.11.1.1. Figura 4.11.1.2. Figura 4.11.1.3. Figura 4.11.2.1. Figura 4.11.2.2. Figura 4.11.3.1. Figura 4.11.4.1. Figura 4.11.4.2. Figura 4.11.5.1. Figura 4.11.5.2. Figura 4.11.5.3. Figura 4.11.5.4. Figura 4.11.5.5. Figura 4.11.5.6. Figura 4.11.6.1. Figura 4.11.6.2. Figura 4.11.7.1. Figura 4.11.8.1. Figura 4.11.9.1. Figura 4.11.9.2. Figura 4.11.9.3. Figura 4.11.10.1. Figura 4.11.10.2. Figura 4.11.10.3. Figura 4.11.11.1. Figura 4.11.11.2. Figura 4.11.11.3. Figura 4.11.11.4. Figura 4.11.11.5. Figura 4.11.11.6. Figura 4.11.12.1. Figura 4.11.12.2. Figura 4.11.12.3. Figura 4.11.12.4. Figura 4.11.12.5. Figura 4.11.12.6. Figura 4.11.12.7. Figura 4.11.12.8. Figura 4.11.12.9. Figura 4.11.12.10. Figura 4.11.12.11. Figura 4.11.13.1. Figura 4.11.13.2. Figura 4.16.1. Figura 4.16.2.

707172747476777879808182838485868788899091929395969798

102103104105106107108110111111112114115116116117118119125126

Figura 5.2.1. Figura 5.2.2. Figura 5.2.3. Figura 5.2.4. Figura 5.2.5. Figura 5.2.6 Figura 5.2.7. Figura 5.2.8 Figura 5.2.9. Figura 5.4.1. Figura 5.4.2. Figura B.1.1.1. Figura B.1.1.2. Figura B.1.1.3. Figura B.1.1.1.1. Figura B.1.1.1.2. Figura B.1.1.2.1. Figura B.1.2.1.1. Figura B.1.2.1.2. Figura B.1.2.1.3. Figura B.1.2.2.1. Figura B.1.2.3.1. Figura B.1.2.3.2. Figura B.1.2.4.1. Figura B.1.2.5.1. Figura B.1.2.6.1. Figura B.1.3.1.1. Figura B.1.3.2.1. Figura B.1.3.3.1. Figura B.1.3.4.1. Figura B.1.3.5.1. Figura B.1.3.6.1. Figura B.1.4.1. Figura B.2.2.2.1. Figura B.2.2.2.2. Figura B.2.2.2.3. Figura B.2.2.4.1. Figura B.2.2.5.1. Figura B.2.2.6.1. Figura B.2.2.8.1. Figura B.2.2.8.2. Figura B.3.1.1.1. Figura B.3.3.1.1. Figura B.3.3.3.1. Figura B.3.4.1.2. Figura B.3.6.2.1. Figura B.3.7.1.

1321331341351371381391401411461472B3B3B4B4B5B6B6B7B8B8B9B9B

10B11B12B13B14B15B15B16B16B20B21B22B23B24B24B26B27B30B32B33B36B38B39B

Figura B.4.1.1. Figura B.4.2.1. Figura B.4.3.1. Figura B.4.3.2. Figura B.4.5.1. Figura B.4.6.1. Figura B.4.6.2.

41B41B42B42B43B44B44B

OBJETIVO

3

Objetivo

Con el presente trabajo se dará solución a la problemática mostrada por la industria de generación de maquinas de tipo agroindustrial, en especifico de un tostador de café de 3Kg de lecho fluidizado, se encontraron en el análisis de dicho equipo, problemas en cuanto al ensamble y su manufactura, esto debido a las problemáticas que se traen desde el diseño, al no tener las correctas especificaciones para la manufactura y el ensamble y al no tener correctas definiciones de formas y tolerancias dimensiónales, de posición o de forma, debido a que el diseño es un tanto de tipo artesanal. Dentro del tostador de café se escoge la parte o más bien el subconjunto más grande que es la cámara de tostado y pilar fundamental para llevar a cabo el tostado de café, no por este motivo se le debe de quitar mención especial a los otros 8 subconjuntos que integran el total del tostador de café, pero es más conveniente analizar la cámara de tostado ya que como se menciono es la parte mas grande, con mayor numero de elementos y mas importante para el tostado del café.

JUSTIFICACION

4

Justificación.

Se dará solución a una problemática que arrastra la industria mexicana, en especial el sector agroindustrial, en cuanto a la fabricación de sus equipos, el objeto de estudio es un tostador de café de 3Kg de lecho fluidizado. Existen problemas en cuanto a la manufactura del tostador de café, esto por no tener un amplio conocimiento de ingeniería definición del productos e ingeniería de fabricación de productos, aquí se darán las soluciones en cuanto a la ingeniería de definición, en si se realizara la extracción de la cámara de tostado del tostador de café, se selecciona este subconjunto por ser el de mayor cantidad de partes y el de mas importancia ya que en el se lleva a cabo el tostado y enfriado del lecho de café, se analizan cada uno de los componentes y se harán las correcciones necesarias para lograr ahora si su correcta fabricaron y ensamble.

INTRODUCCION

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INTRODUCCION.

En la actualidad muchas de las empresas en México, mas las pequeñas y medianas, aun no cuentan con los conocimientos necesarios para fabricar productos de forma industrial, la mayoría de sus trabajos se limitan a lo artesanal y le confieren la habilidad para crear, maquinaria, equipos y partes a los trabajadores, que si bien realizan labores excelentes de fabricación, esto se convierte en una limitante para poder incursionar en el mercado de la producción en serie de satisfactores. El tostador de café, objeto de estudio del presente trabajo cuenta con esta cualidad, es un producto que si bien ha funcionado de forma adecuada, no cuenta con un expediente tecnológico de definición, el equipo se hace de forma 100% artesanal y esto ha provocado problemas en cuanto a los tiempos de respuesta para con los clientes finales, al no existir documentos que avalen las formas y características de cada una de las partes, se tienen que hacer trabajos de mas en las áreas de manufactura y ensamble, además de que el equipo se convierte en una maquina la cual no cuenta que la propiedad de la intercambiabilidad de sus partes, esto quiere decir que cada parte tiene una particularidad que es única en cada equipo. Se pretende mediante la metodología de extracción de tecnología, llevar a cabo la investigación que nos servirá para determinar las especificaciones que es necesario tener , para fabricar y controlar este producto ya de manera industrial, teniendo como punto de parte una muestra o prototipo del tostador que se fabrica de forma artesanal. También podríamos considerar que estamos haciendo una labor de ingeniería inversa o ingeniería en reversa, pero por la labor que vamos a realizar consideraremos mejor el término de extracción de tecnología. Se organizara un grupo tecnológico de investigación, conformado por personas de las diferentes ramas de la ingeniería, para poder llevar a cabo la labor de la extracción de tecnología, dentro de este grupo, el presente trabajo abarcara, el proceso de extracción de tecnología de la cámara de tostado del propio tostador, que es uno de los 8 subconjuntos que componen el tostador de café, y que se ha dividido de esta forma para lograr la meta trazada. Se abarcara hasta la generación de la tecnología de definición, por parte de este trabajo, la tecnología de fabricación se llevara a cabo con la empresa y por razones de seguridad y confidencialidad, será exclusiva de la misma. Con la intención de contribuir al desarrollo científico y tecnológico de las pequeñas y medianas empresas se desarrolla esta tesis para obtener el grado de maestro en ciencias en ingeniería mecánica.

CAPITULO I GENERALIDADES

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CAPITULO I.

GENERALIDADES


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1.1.- ANTECEDENTES.

El café es un producto que ha estado ligado desde hace varios siglos al mercado Internacional. En el siglo XVII se inició su consumo en Europa, el cual se popularizó hasta los siglos XVIII y XIX. Tradicionalmente la producción se ha establecido en los países en desarrollo, que estuvieron bajo regímenes coloniales; Y por otro lado la industrialización y la mayor parte del consumo se concentra en los países desarrollados. Esto se describe a continuación. Cada año se consumen en el mundo una cantidad cercana a los 100 millones de sacos de 60 kilogramos de café verde, los cuales son producidos en los países de América Latina, Asia y África, teniendo a Brasil como el máximo productor de café en el mundo, seguido por Colombia, Indonesia, México (figura 1. 1).

Figura 1.1.1. - principales productores de café en el mundo.

Por otro lado, y en contraposición al origen del grano, el consumo se concentra en los países altamente industrializados, tal es el caso de Estados Unidos con un 24% del consumo a nivel mundial, seguido del continente europeo en el cual Alemania con un 15%, Francia con un 8% e Italia con un 6% son los países Europeos con el mayor consumo de café a nivel mundial, el resto de Europa tiene el 15% de consumo de café, Japón, país asiático con un 7% del consumo en el ámbito mundial. En el diagrama de pastel de la figura 1.1. 2 se observa lo anteriormente descrito.


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Figura 1.1. 2. - principales consumidores de café en el mundo.

Se analizan los diagramas mostrados en las figuras 1.1.1 y 1.1.2, y claramente se puede establecer, que el café, siendo un producto de origen colonial, es producido en los países que fueron colonias, para ser consumido, principalmente, en aquellos países que fueron las metrópolis o que en las últimas fechas han jugado ese papel en la economía mundial. En los años recientes el mercado internacional del café ha pasado por dos situaciones distintas:

1. Un esquema de comercio regulado entre los países productores y consumidores.

2. Un esquema de libre comercio. El esquema de mercado controlado operó de 1962 a 1988. Después de varias crisis de sobreproducción de café, para el año de 1962 se crea la Organización Internacional del Café (OIC), que es un organismo multinacional, y funciona en el marco de la Organización de las Naciones Unidas, cuya sede se encuentra en la ciudad de Londres. En la OIC participan prácticamente la totalidad de países productores y los 25 principales países importadores. Los productores y consumidores de café tienen una participación paritaria en la toma de decisiones del organismo. Ante la participación de productores y consumidores, el mercado se controlaba mediante un conjunto de acuerdos establecidos en el Convenio Internacional del Café (firmado en 1962 y renovado en 1968, 1976 y 1983), las cláusulas económicas del mismo tenían el objetivo de realizar un equilibrio razonable entre la oferta y la demanda, sobre bases que garanticen a los consumidores un adecuado abastecimiento de café a precios equitativos, y a los productores, un mercado seguro para el grano a precios adecuados.


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1. 2. - DEFECTOS E IMPERFECCIONES DEL CAFÉ. Es necesario realizar una buena selección del café, mediante análisis y evaluaciones del mismo, con el fin de entregar al cliente potencial consumidor de café, un producto de buena calidad, con buen sabor y aroma. Esto va desde la detección de imperfección en el café verde hasta su etapa de tostado.

1. 2. 1. - MUESTRAS PARA ANÁLISIS Y EVALUACIONES. Las pruebas de evaluación de los análisis y determinación de las características organolépticas de café, se efectúan sobre muestras representativas de los lotes o partidas a analizar. Normalmente las muestras representativas contienen entre 300 y 400 gr, dependiendo del procedimiento aplicado. Bajo las reglas del contrato C de la bolsa de Nueva York [1], se utiliza un cilindro de 100 mm de diámetro, y 71 mm de alto para medir el volumen sobre el cual se efectúan las pruebas y mediciones. También es posible utilizar, según el contrato C de la bolsa de Nueva York, un rectángulo de 190 mm de largo X 112 de ancho X 28 mm de alto, para medir el volumen sobre el cual se efectúan las pruebas y mediciones. Esta muestra debe de cumplir los requerimientos establecidos por diversas normas de carácter nacional e internacional. La normatividad establece los requerimientos que deben cumplir las muestras, en cuanto a su proceso de extracción, manejo, control y representatividad, entre otros.

1. 2. 2. - DETECCIÓN DE IMPERFECCIONES EN VERDE. El análisis y detección de las imperfecciones en verde, se efectúa sobre el 100% del café contenido en la muestra. Esto es, se revisan alrededor de 350 gr (aproximadamente) de granos de café. La referencia más usual para la verificación, cuantificación y análisis de los defectos e imperfecciones, es la descripción establecida en las reglas de aplicación del contrato C de Nueva York [1].


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Granos que se consideran imperfecciones en una muestra, por ser o contener las siguientes características:

- Negros. - Agrios. - Pergaminos. - Cerezas. - Conchas. - Triángulos. - Granos mal formados o defectuosos. - Granos rotos. - Granos quebrados. - Granos fracturados. - Granos vanos. - Granos parcialmente descascarados.

Así como partículas extrañas, tales como:

- Cascarillas de cerezas. - Palos. - Piedras.

1. 2. 2. 1. - CONTENIDO DE CARACOLES.

Los granos llamados caracol no se consideran imperfecciones, sin embargo normalmente se hace explicito el porcentaje máximo aceptable o permitido en cada lote o muestra del mismo.

1. 2. 3. - DETECCIÓN DE IMPERFECCIONES EN EL TOSTADO.

Una vez evaluada una muestra de café en verde, se procede a tostar la mitad de ella, reservando la otra mitad como muestra de café en verde. Para la evaluación de café tostado, usualmente, se utiliza un tostado medio o americano. Se consideran imperfecciones en el tueste:

- Granos arrebatados o pasados de tueste. - Granos cristalizados o sobre secados. - Granos apestosos. - Granos quebrados y fracturados. - Cacahuates o granos verdes o vanos. - Granos disparejos o mal secados.


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Los granos de café tostado deben de tener un tueste parejo. Para la evaluación de aromas, se utiliza adicionalmente a las pruebas en grano, el café ya molido en grado medio o americano.

1. 3. - EL TOSTADO

El grado de torrefacción se determina en función de los mercados de destino del café. Al Sur gustan más los cafés amargos y menos agrios, al Norte exactamente lo contrario. En la figura 1.3.1 se muestran cinco grados de torrefacción, del más claro al más oscuro.

Figura 1.3.1. - cinco diferentes grados de torrefacción de café, desde el mas claro hasta el más oscuro.

Para que el Café adquiera su sabor característico es necesario someterlo a la operación de tostado, tueste o torrefacción. Es muy importante que dicha operación se realice de la manera correcta. Si el grano no es tostado a la temperatura adecuada o bien no se tuesta durante el tiempo necesario, se evitará que los aceites salgan a la superficie y se perderá el sabor característico del Café, adquiriendo uno más parecido al del cacahuete, fácilmente reconocible. Si, por el contrario, se realiza el tueste a una temperatura demasiado elevada o se prolonga demasiado, el grano tendrá un sabor carbonizado. Estos aceites, llamados también esencias o aceites de Café, son volátiles y solubles en el agua, por lo que contienen en sí mismos el sabor y el aroma que, más tarde trasladarán a la infusión. Los aceites afloran a la superficie tras una serie de reacciones químicas


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provocadas al someter al grano a altas temperatura de torrefacción. Así, primero, el grano pierde su estructura celular, y el almidón se convierte en azúcar y las proteínas se descomponen en péptidos, que forman los aceites, mientras que la humedad y el dióxido de carbono se consumen.

Una vez tostado el grano los aceites comienzan a disiparse. Si el café es sometido a un exceso de luz o de oxígeno, los aceites se oxidan y producen un sabor rancio.

Existen varios tipos de máquinas tostadoras. Las empresas más potentes, que tuestan grandes cantidades de una sola vez, tienen máquinas de grandes dimensiones con un tambor gigante que gira en vertical, mientras que las empresas más pequeñas emplean máquinas de tueste horizontal, preparadas para remesas más pequeñas.

Todas funcionan con gas y alcanzan temperaturas cercanas a los 300 grados. A esta temperatura el grano pierde ya su humedad a los pocos minutos de comenzar el tueste. La siguiente fase mantiene esta temperatura, hasta que el grano rompe o estalla, eliminando la humedad residual. Ahora se baja la temperatura hasta los 200 grados, provocando que los aceites afloren a la superficie del grano, tornándose estos de un color marrón oscuro. Llegados a este punto hay que determinar cuánto tiempo se debe mantener el grano en la máquina tostadora y a qué temperatura hay que tostarlo. Esta es la decisión, que requiere mayor responsabilidad por lo antes expuesto y se le suele encargar a un verdadero maestro torrefactor.

Posteriormente el grano debe dejarse enfriar, bien al aire o con agua, dependiendo de cómo esté tostado, ya que mientras dure el calor el proceso continúa fuera de la máquina.

El tostado puede ser bajo o leve, medio, o alto u oscuro. El tostado oscuro es más común en Europa, mientras que en EE.UU. suelen usar tostados bajos o medios.

Dependiendo del origen del grano, éste admitirá mejor un tipo de tueste que otro. Por lo general el Café pierde calidad y definición cuanto más se tueste. Así, el Café etíope perderá sus cualidades más características, si se le da un tueste alto. Lo mismo pasa con la variedad Yauco Selecto de Puerto Rico o el Kona Hawaiano. Por el contrario, el Café Mexicano gana un sabor dulce si se tuesta mucho, que no se distingue en tostado medio o leve y a la Antigua de Guatemala le da exactamente igual el grado de torrefacción, ya que conserva en cualquiera de ellos todas sus propiedades intactas.

El café fue tostado por primera vez hacia finales del siglo XIV. El método más antiguo consistía en tostar el grano verde en una pesada sartén sobre brasas de carbón. A fines del siglo pasado, se invento un nuevo proceso en el cual los granos eran centrifugados en una cámara de aire caliente, calentada con gas


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natural. Este sistema perdura en la actualidad, siendo aún hoy el más usado, esto se puede observar en la figura 1. 3.2.

Figura 1. 3.2. - tostado de café.

La composición química de los granos cambia durante el proceso de tostado: el agua se disipa en el grano y una serie de reacciones químicas convierte los azúcares y almidones en aceites, los cuales otorgan al café gran parte de su aroma y sabor. Al ser tostado, el grano aumenta su tamaño al doble, y la caramelización del azúcar cambia el color de verde a marrón.

El color y aspecto del grano tostado dependen del tiempo de tostado. Mientras más largo sea el tiempo de tostado, más oscuro será el grano. Generalmente, el grano se tuesta durante 10 a 20 minutos a temperaturas oscilantes entre 204ºC y 218ºC.

El secreto en el desarrollo del aroma y sabor del café reside en el tostado de los granos de café. El tiempo y la temperatura de tostado son cruciales en la preparación de una buena taza de café, así como en la determinación de qué características serán realizadas y cuáles serán variadas. Si el tostado es breve, los aceites no saldrán hasta la superficie y el café tendrá un sabor como de nuez y poco cuerpo.

Los granos tostados oscuros contienen menos acidez y un poco menos cafeína que los granos más claros, aunque también menor período de conservación, debido a la cantidad de aceites en la superficie. En los tostados más oscuros predomina el sabor ahumado, penetrante y quemado, ocultando el verdadero sabor del grano. Al contrario de las creencias populares, un tostado más oscuro no


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equivale a una taza de café más rica ni más fuerte. El tostado no determina si una taza de café será más o menos fuerte, el factor determinante es la proporción de agua con respecto al café en el momento de prepararlo.

Los granos tostados claros tienen un sabor más intenso, más altos en acidez que los tostados más oscuros. El café ha sido menos expuesto al calor, por lo cual las cualidades del grano son mejor mantenidas. Los tostados más claros se hacen con granos de más alta calidad, pues en este caso se expone el sabor real del grano. Existen varios niveles de tostado, cada uno con características propias, que responden a diferentes gustos o usos específicos. Son los siguientes:

Tabla 1.3.1. Niveles de tostado.

Nivel Aspecto Características

Tueste Canela Tostado claro, tono canela claro

Sabor como de nuez pronunciado, alto

Nivel de acidez del café

Tueste Americano Tostado mediano, tono castaño Sabor como de acaramelado

Tueste De La Ciudad Tostado mediano, marrón mediano sin aceites en la

superficie Sabor completo de

café, con algo menos de acidez

Tueste Urbano Marrón castaño, apenas más

oscuro que el tueste de la ciudad

Sabor completo de café, con buen

balance de azúcar y acidez

Viena Marrón oscuro, con rastros de aceite en la superficie

Sabor de tostado oscuro

Tueste Francés Marrón oscuro, casi negro, aceitoso en la superficie

Amargo, sabor ahumado y aroma

intenso

Italiano Marrón chocolate amargo, con aceites en la superficie Sabor quemado

Expresso Tostado oscuro, de uso

específico para máquinas de expresso

Sabor quemado, fuerte y dulce

Las mejores torrefactoras para el café expresso son las máquinas de tambor giratorio. El tambor, que contiene el café, gira y mezcla continuamente los granos encima de la llama, absorbiendo el aire caliente hasta que el café alcance la temperatura final deseada de 22º C. El proceso dura 12 minutos en total, lento precisamente, para evitar diferencias de temperatura que perjudicarían el sabor del café, figura 1.3.3.


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Figura 1.3.3. - torrefactora de café expresso, proceso de tostado.

Del tambor, el café torrefacto pasa a la tolva de enfriamiento que, mezclándolo lo enfría mediante una corriente de aire fresco. Algunos fabricantes aceleran este proceso enfriando el café mediante un chorro de agua fría, que por otra parte le quita al café recién tostado sus mejores aromas, favoreciendo la absorción de humedad que va en detrimento del rendimiento y durabilidad del producto final, figura 1.3.4.

Figura 1.3.4. Torrefactora de café expresso, enfriamiento café.

El equipo industrial de tostado de café objeto de estudio trabaja por lecho fluidizado, difiere del tostador de café convencional al utilizar este método y además, se simplifica el diseño del tostador, a través del uso de la cámara de tostado para calentar el lecho de café, así como para realizar, también, su enfriamiento, mediante el suministro de aire caliente o a temperatura ambiente, según sea el caso.


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En la figura 1.3.5, se observa el tostador de café a base de aire caliente de lecho fluidizado, la capacidad de este tostador de café es de 3 kg, también, se fabrican de 5 y 10 kg de carga de café, por el momento el estudio se concentrara sobre el tostador de capacidad de 3 kg.

Figura 1.3.5. - tostador de café a base de aire caliente de lecho fluidizado.

CAPITULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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CAPITULO II.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


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2. 1. - TOSTADOR DE CAFÉ A BASE DE AIRE CALIENTE DE LECHO FLUIDIZADO.

El tostador de café consta de varios componentes, los cuales realizan una función distinta pero que conjuntamente logran y facilitan el tostado del café, las ventajas de este tostador en comparación con los tostadores convencionales de tambor giratorio (expuestos en el capitulo I) es que la propia cámara de tostado es usada tanto para calentar y tostar el café así como, también, para enfriarlo, además de que el tostado de café a base de aire caliente trae las siguientes ventajas:

- Concentra.

Aroma. Aceites. Azucares naturales.

- Enfría el café con aire. - No contamina el ambiente.

El tostador de café esta equipado con los siguientes componentes:

- Tablero de control. - Cámara de tostado. - Quemador para gas L. P. - Ventilador centrífugo. - Motor eléctrico. - Tolva de carga. - Salida del café tostado. - Separador de tamo (cascarilla). - Chimenea. - Toma de aire. - Interruptor. - Llave reguladora de gas. - Regulador para gas. - Termómetro. - Mirillas de observación (ventanas).

El motor eléctrico para el tostador de 3kg, objeto de estudio, es un motor eléctrico de tipo trifásico de 1 H.P. de 110 / 220 V, el cual sirve para mover el ventilador centrífugo y así, generar el flujo de aire que lograra fluidizar el lecho de café. El consumo aproximado de gas L.P. es de 1 Kg/ciclo.


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2. 2. - FUNCIONAMIENTO DEL TOSTADOR DE CAFÉ.

Una vez descritos los principales componentes del tostador de café aquí se describe su funcionamiento. Es importante realizar en un principio las instalaciones tanto eléctricas como de suministro de gas, así como tener especial cuidado en la colocación del tostador, ya que, para tener un buen funcionamiento este debe de estar colocado en una base o piso a nivel, así como, también, la separación entre el techo y la chimenea, no debe de ser menor a los 1.5 m. Ver figura 2.2.1.

Figura 2.2.1. - Altura y piso o base sin inclinación recomendadas.

Se verifica, que la tolva de carga y la de salida del café estén perfectamente bien cerradas (ver figura 2. 3). Se colocan 3kg de café en la tolva de carga, ahora se lleva a cabo la apertura de la compuerta de la tolva de carga, el café cae al interior de la cámara de tostado, abrir la compuerta del quemador y abrir la llave de paso del gas L.P como se muestra en la figura 2.2.2 Una vez abierta la llave de paso del gas se procede como sigue y atender a la figura 2. 2.

1. Se pone en marcha el motor accionando el interruptor, que se encuentra ubicado en el tablero de control.

2. Se acciona el interruptor del piloto. 3. Se acciona el interruptor de la flama. 4. Una vez que se encuentra prendida la flama, inmediatamente accionar el

interruptor del piloto para suprimir la chispa. Nota: en caso de que se apague o no prenda la flama cerrar el paso de gas y abrir la compuerta de desahogo de gases ver figura 2. 3.


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Figura 2.2.2- Esquema de control de encendido del tostador de café.

Inmediatamente se cierra la compuerta del quemador y se verifica, que el café tenga movimiento en la cámara de tostado por la mirilla 1. Se regula la compuerta manual de toma de aire hasta lograrlo (de lo contrario se quemara el café), controlar la temperatura a través del termómetro, para que esta se eleve hasta 180°C a 200°C en un lapso de 10 min. Durante los diez minutos se debe de vigilar en la mirilla 1, que el tipo de tueste se adecue a las necesidades del productor de café, esto se hace por medio de la coloración del café tostado. Una vez alcanzado el tipo de tueste deseado se debe de interrumpir el paso de gas, esto se logra apagando la flama mediante el interruptor, a su vez, se deja encendido el motor, la compuerta manual de toma de aire se deberá abrir solo ¼” o ½”, esto es para evitar que se quiebre el café. De esta forma se deja enfriar el café por un lapso de 2 a 3 min. Hasta una temperatura de 60°C, se abre la compuerta de descarga y se deja salir todo el café tostado a un depósito limpio. Por ultimo, se apaga el motor hasta su alto total, para iniciar otro ciclo, se deben de seguir los pasos del proceso anteriormente descritos. Nota: durante el ciclo, descargar la cascarilla (tamo), esto se logra mediante la apertura de la compuerta de descarga, aproximadamente unas 5 veces.


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Figura 2.2.3 Vista frontal y lateral del tostador de café.

2. 3. – CAMARA DE TOSTADO. Como bien se ha expuesto anteriormente, se puede establecer que la cámara de tostado es la principal sección del tostador de café, se debe de tener en cuenta que, cada una de las secciones antes citadas tiene su función específica y conjuntamente, con la cámara de tostado, llevaran a cabo el tostado de café. En su diseño, se encontraron ciertas discrepancias en la manufactura y el ensamble de la cámara de tostado, esto debido a la falta de las correctas especificaciones y además a que el diseño se hace de una forma demasiado artesanal. Para llevar a cabo una buena manufactura y a su vez un correcto ensamble, aquí se revisa ese diseño haciendo las modificaciones pertinentes y necesarias para corregir esos defectos y facilitar su manufactura y su ensamble. Se eligió la cámara de tostado por ser la sección más grande en el equipo de tostado de café, así como la de mayor importancia, consta de 18 componentes los cuales forman la estructura principal del la cámara de tostado y a su vez del tostador de café, estos componentes se listan a continuación y serán objeto de análisis y estudio para realizar su mejor diseño y así asegurar su correcta manufactura y ensamble.


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En la figura 2.3.1 se muestra un esquema de la cámara de tostado.

Figura 2.3.1.- cámara de tostado.

Los componentes son los siguientes:

1. Distribuidor de café. 2. Cilindro de cámara. 3. Soporte de cilindro de volteo. 4. Cilindro de volteo. 5. Cono de cámara de tostado. 6. Arillo de fijación de brida. 7. Brida. 8. Rejilla. 9. Distribuidor de aire. 10. Tubo de unión de distribuidor de aire. 11. Tobera de salida de aire caliente. 12. Cabina. 13. Tapa frontal de compuerta. 14. Tapa trasera de compuerta. 15. Separador de tapas. 16. Soporte principal de cámara de tostado ángulo de 1 ¼” x 1/8”. 17. Soporte principal de cámara de tostado ángulo de 1 ½” x 1/8”.

Estos se observan en la Figura 2.3.2.


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Figura 2.3.2. - vista en explosiva de la cámara de tostado.

La mayoría de los componentes están hechos de lámina negra en diferentes calibres, y algunas piezas son maquinadas como por ejemplo la brida, y a su vez también se emplea el método de mecano soldadura para llevar a cabo la unión de estas piezas.

2. 4. – PROBLEMAS EN EL DISEÑO DE LA CAMARA DE TOSTADO.

Cada una de las piezas mencionadas en la sección 2.3, van ensambladas entre sí, su diseño como antes se menciono, en cierto modo, es de forma artesanal provocando problemas al momento de su manufactura y su ensamble, este problema se deberá de corregir para garantizar la intercambiabilidad de las partes y facilitar su construcción.


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2.4.1. - ENSAMBLE CILINDRO, CONO, ARILLO DEFIJACION DE BRIDA Y BRIDA.

El cilindro de cámara tiene una mala especificación de su desarrollo, esta mala especificación provoca que, el ensamble con el cono de la cámara de tostado, sea deficiente, el ensamble es a través de soldadura, además de que no se cuenta con un equipo de sujeción para llevar a cabo la soldadura (ver figura 2.6). El cono de la cámara de tostado también carece de las correctas especificaciones y diseño del desarrollo, esta pieza se hace en desarrollo, lo cual, le provoca un mal ensamble con el cilindro de cámara y, a su vez, con el arillo de fijación de brida, el cono de la cámara de tostado va soldado tanto al cilindro de cámara como al arillo de fijación de brida, por lo cual se hace necesario guardar las correctas tolerancias y especificaciones de sus desarrollos para lograr un ensamble adecuado, (ver figura 2.6). Una vez mas, la mala especificación del desarrollo se extiende al arillo de fijación de brida, al presentarse este problema, el ensamble que este tiene con la brida se hace difícil, en ocasiones no entra el arillo dentro de la brida, situación que se tiene que corregir para lograr su correcto ensamble (ver figura 2.6).

Figura 2.4.1.1. - Vista en explosiva de la primera parte de la cámara de tostado, mostrando las deficiencias en el ensamble entre, cilindro – cono, cono – arillo,

arillo – brida.


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2.4.2. - ENSAMBLE DEL CILINDRO DE CÁMARA, SOPORTES Y CILINDRO DE VOLTEO

El cilindro de cámara de tostado en su parte interior tiene contenido el cilindro de volteo, el cual se encuentra unido mediante los soportes de cilindro de volteo, este cilindro sirve para dirigir el grano de café hacia los extremos del cilindro de cámara de tostado, y una vez que se echa a andar el tostador pasar por en medio de su sección circular regresándolo a los extremos del cilindro, al estar mal diseñado el cilindro y mal especificado su desarrollo, el cilindro de volteo no se ensambla bien al cilindro de cámara, ya que se encuentra una cierta interferencia entre el cilindro de cámara, los soportes del cilindro de volteo y el mismo cilindro de volteo (ver figura 2.4.2.1).

Figura 2.4.2.1. - ensamble entre cilindro de cámara, soportes y cilindro de volteo.

2.4.3. - ENSAMBLE ENTRE BRIDAS. La brida se ve duplicada en el diseño, la parte superior, donde la brida se une al arillo de fijación de brida, y este a su vez, al cono de cámara de tostador y por consecuencia al cilindro de cámara, por la parte inferior, la brida se une a otra brida, en medio de ambas bridas se coloca la rejilla, la cual evitara que el café caiga hacia la cabina donde se encuentra la llama directa (ver figura 2.4.3.1).


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Figura 2.4.3.1. - Ensamble entre bridas, mostrando en medio la rejilla que evita

que el café caiga a la flama directa.

2.4.4. - ENSAMBLE DE LA BRIDA CON EL ARILLO DE FIJACIÓN Y LA TOBERA DE SALIDA DE AIRE CALIENTE.

La brida inferior va unida a la tobera de salida de aire caliente, a través del arillo de fijación de brida, el mismo problema que el anterior, la mala especificación del desarrollo así como de las tolerancias correspondientes, provocan que, en ensamble entre la brida, el arillo de fijación de brida y la tobera de salida de aire caliente, sea malo (figura 2.4.4.1).

Figura 2.4.4.1. - ensamble de la brida con el arillo de fijación y el cono de

transición de salida de aire caliente.


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2.4.5. - ENSAMBLE DEL DISTRIBUIDOR DE AIRE CON EL CONO DE TRANSICION DE SALIDA DE AIRE CALIENTE.

Especial mención merece la tobera de salida de aire caliente, ya que su desarrollo no es tan común como en de las piezas anteriormente mencionadas, el desarrollo es algo especial al ser una pieza de transición, va de una sección cuadrada a una sección circular, es decir existe un cambio de sección, ante esta premisa, se requiere un correcto estudio del desarrollo que, como bien se menciona, no es un desarrollo de una pieza común sino un desarrollo de una pieza en transición. El distribuidor de aire se ensambla en el cono de salida de aire caliente, esto para darle una cierta turbulencia al flujo de aire, y así, generar el flujo turbulento el cual permitirá que además de que el grano de café sea levantado, le genere un cierto movimiento sobre su propio eje, con el fin de llevar a cabo una mejor homogeneidad en el tueste. Al no tener bien definido el desarrollo del cono de transición, una vez mas se presenta un problema de ensamble con los distribuidores de aire, los cuales van unidos a un núcleo llamado tubo de unión de distribuidor de aire (figura 2.4.5.1).

Figura 2.4.5.1. - ensamble del distribuidor de aire con el cono de transición de salida de aire caliente.


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2.4.6. - ENSAMBLE DEL CONO DE TRANSICION CON LA CABINA Y EL SOPORTE DE LA CÁMARA DE TOSTADO.

El cono de transición de salida presenta un ensamble con la cabina, al no tener bien identificado el desarrollo de la tobera, esta presenta un mal ensamble con la cabina, además de que el desarrollo de la cabina se debe de revisar para asegurar que las dimensiones y su propio desarrollo sean los correctos, ya que si la cabina, no presenta una buena definición de formas y dimensiones provocara un mal ensamble con el soporte principal de la cámara de tostado, es aquí donde va unido al piso del tostador y donde es soportada la mayoría de la cámara de tostado (figura 2.4.6.1).

Figura 2.4.6.1. - ensamble del cono de transición con la cabina y el soporte de la

cámara de tostado.

2.4.7. - ENSAMBLE DE LA TAPA FRONTAL Y TRASERA CON LA COMPUERTA DE DESAHOGO DE GASES, UBICADA EN LA PARTE

INFERIOR DE LA CABINA.

Tanto la tapa frontal como trasera de compuerta ayudan al desahogo de los gases, cuando se apaga o no se prende la flama, se encuentra la dificultad de abrir dicha compuerta, esto porque las dimensiones de la tapa frontal y de la trasera no están bien definidas, ya que mediante los separadores la tapa trasera debe de quedar contenida entre la tapa frontal y la cabina, se deberá de corregir este problema, si se apaga la flama o no prende esta compuerta se debe de abrir rápidamente para evitar que el gas suba a la cámara de tostado y en un encendido posterior se genere una explosión (figura 2.4.7.1).


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Figura 2.4.7.1. - compuerta de desahogo de gases, ubicada en la parte inferior de

la cabina.

2.4.8.- PROTECCION TERMICA EN LA CAMARA DE TOSTADO.

El tostador de café tendrá una temperatura de tostado de entre 180°C hasta los 200°C, por lo cual el conjunto en si calentara la lamina de acero inoxidable, provocando un latente peligro para cualquier persona que maneje el equipo. Ante esta eminente situación se desarrollara la manera de dotar al tostador de café, en especial a la cámara de tostado de un aislante térmico, para evitar el sobre calentamiento de las paredes y así lograr que su operación sea eficiente térmicamente, así como segura para los operarios de dicho tostador.

CAPITULO III METODOLOGIA

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CAPITULO III.

METODOLOGIA


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3. 1. – METODOLOGÍA PARA LA EXTRACCIÓN DE TECNOLOGÍA.

La extracción de tecnología puede cumplir con fines distintos, por ejemplo, cumplir con un fin industrial y comercial, llevar a cabo un proceso de enseñanza – aprendizaje o evolucionar el diseño de un satisfactor. Esta metodología tiene su principal aplicación, en la satisfacción de una necesidad que en general padece la pequeña y mediana empresa mexicana, consiste en la carencia de tecnología para la industrialización de productos. También se aplica en el ámbito académico, porque en esencia, se presta para un proceso muy natural de enseñanza – aprendizaje, que a la vez proporciona una fuente muy vasta, para seleccionar varios temas, que sirven de base para la elaboración de tesis, tanto de licenciatura como de posgrado [2].

3. 2. – ETAPAS DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE TECNOLOGÍA.

A continuación se proporciona una lista de los diversos pasos, que secuencialmente se utilizan para extraer tecnología de diferentes productos, y además, se agregan comentarios para redondear la idea de la esencia de cada etapa. Los comentarios adecuados para el ámbito académico se identifican con A, y con E, aquellos que se aplican a las empresas.

3.2.1.- INICIA LA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA DE DEFINICIÓN.

1. Seleccionar el producto.

A. sí la meta es llevar a cabo un proceso de enseñanza – aprendizaje, para obtener un titulo profesional o grado académico, es recomendable que el producto objeto de estudio tenga los atributos siguientes:

Complejidad adecuada al nivel que se desea justificar. Disponibilidad para su estudio. Interés para su estudio.

E. debe ser factible para su desarrollo.


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2. Verificar demanda insatisfecha. E. este dato es crucial, para emprender o no la extracción. 3. Hacer estudio funcional del producto en su conjunto y registrar sus puntos

notables.

A. una vez elegido el objeto, debe ponderarse la cantidad y formación de alumnos que pueden elaborar la extracción de tecnología, para citar a los elementos idóneos.

La cantidad de alumnos que intervienen, depende del numero y / o complejidad de las partes que forman el objeto de estudio. La formación de alumnos que se eligen, depende de las disciplinas y ramos del conocimiento, que involucra el objeto en cuestión. Por ejemplo, la integración de un grupo de trabajo para extraer tecnología de una parte o de un equipo relacionado con el transporte, es distinto de aquel que se ocupa de una parte o de un equipo minero o de un equipo usado en cirugía quirúrgica, pero el factor común entre los estudiantes, debe ser, su inclinación por las disciplinas de proyecto y / o fabricación. El problema principal que se enfrenta al formar un grupo de trabajo, es la coordinación de los diferentes caracteres de los integrantes, así como el mantenimiento de una atmósfera cordial, respetuosa y colaborada entre los miembros del grupo, para cumplir con los objetivos del proyecto.

4. Dividir el producto en subconjuntos. Sea por funciones o por disciplina

involucrada. (Soporte, trasmisión, herramienta, interruptor, o parte mecánica, parte eléctrica, control, electrónica, etc.).

5. Comparar las características del producto con las de otros semejantes, o

bien con normas o catálogos de productos parecidos.

6. Asignar los subconjuntos del producto, a cada uno de los integrantes del equipo de diseñadores.

7. diseñar formatos para el control de:

Tamaño y numeración de dibujos, análisis de fabricación, ensamble

y fase. Números de parte. Nombre de partes.


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8. Designar las características más importantes, que deben cumplirse en las

uniones de cada subconjunto.

A o E. Si el conjunto se divide, al distribuir el estudio de cada subconjunto a diferentes personas, necesitan definir las condiciones de funcionamiento (apoyo, unión, guía, articulación, rozamiento, hermeticidad, etc.) que deben efectuarse en las fronteras de cada uno de ellos, para que al integrarse armados cumplan con la función global para la que están previstos.

9. Medir el producto y documentar las especificaciones de cada componente.

A o E. Se requiere de equipo de medición y de dibujo muy variado, que depende del tipo de producto que se estudia, para obtener los documentos que contienen las especificaciones. Estas se principian a establecer en los dibujos de estudio, que son documentos en los cuales se trazan a escala, los dibujos técnicos de cada componente. En ellos se decide cual será la vista frontal, y cuantas vistas ortogonales, cortes y / o secciones se necesitaran, es decir, se definen las formas y dimensiones de cada parte.

Estos documentos son la base, para posteriormente elaborar los dibujos de definición de la pieza, calcándolos o copiándolos de los dibujos de estudio.

10. asignar las tolerancias necesarias de cada componente, atendiendo al:

Funcionamiento y dimensionamiento para lograr ajustes y ensambles óptimos.

Control de posición y de forma de sus elementos geométricos. Estado de rugosidad de las superficies criticas, de los componentes

más importantes. 11. Determinar los materiales de cada parte.

A o E. La determinación de materiales, recubrimientos superficiales y tratamientos térmicos, tanto en el ámbito académico como en el empresarial, representa un reto para la investigación, pues es necesario apoyarse en laboratorios y personal especializado, para poder deducir en base a las muestras, la especificación y las características físicas y químicas del material, del recubrimiento y / o tratamiento térmico.

Algunas veces a falta de laboratorio, se busca el apoyo de personal con experiencia, que puede deducir las características antes aludidas, estudiando la función desempeñada por las partes en estudio.


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En el caso de las empresas, a veces necesitan incluso recurrir al servicio de laboratorios de análisis de materiales, particulares o del gobierno, para poder descubrir las características del materia, recubrimiento o tratamiento térmico en cuestión.

12. Deducir y designar las características de los recubrimientos superficiales,

de las partes y del conjunto. 13. Identificar los tratamientos térmicos en los componentes que los tengan y

especificarlos.

14. Asignar nombres, números de parte y números de dibujo, a cada componente del producto, asentándolos en los formatos de registro asignados para ello.

A o E. La ejecución de esta etapa, genera el control de todas las partes del producto en estudio.

15. Elaborar planos de conjunto y de subconjuntos, integrándolos a partir de la

información contenida en los planos elaborados de cada componente.

A o E. Si los planos aludidos, se hacen rigurosamente a partir de la información contenida en cada dibujo de los componentes, esto constituye entonces, la primera prueba de ensamble del producto.

16. Comprobar que el plano de conjunto y sus componentes, corresponden al

producto originalmente seleccionado o a uno superior al mismo. 17. Integrar el expediente tecnológico de definición del producto, con los

dibujos y especificaciones deducidos, la memoria de cálculos y las justificaciones técnicas efectuadas.

18. Elaborar las conclusiones de trabajo realizado, registrando los aspectos

más relevantes encontrados, durante el proceso de extracción de tecnología.

19. Registrar las mejoras posibles, para un próximo modelo del mismo

producto.

20. Discutir resultados.

A. debido a la general dificultad que se tiene en los ambientes académicos, para conseguir recursos económicos y solventar los gastos que implica la elaboración de un prototipo, puede considerarse que con la información


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generada hasta este nivel, se poseen las bases de la tecnología de definición del producto estudiado.

21. Elaborar un prototipo del producto a partir de la tecnología de definición

investigada. 22. Someter el prototipo a pruebas normalizadas, tanto dimensiónales, como

de funcionamiento y resistencia. A o E. Generalmente, al llegar a esta etapa, se considera que se ha generado toda la tecnología de definicion del producto. Las observaciones que surjan de las pruebas normalizadas, se anotan en el expediente tecnológico del producto, que se menciona en la etapa 17.

3.2.2.- INICIA LA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN. 23. Elegir la secuencia optima de fabricación, basándose en las

especificaciones de los planos del producto y de la infraestructura para producción disponible.

A. sí se desea obtener la tecnología de fabricación, del producto definido hasta las etapas 20 o 22, generalmente se supone la utilización del equipo de laboratorios y talleres de que se dispone, aunque por lo regular su equipamiento es poco actualizado.

E. a partir de esta etapa y hasta la 27, se considera que la tecnología que se genera, es la perteneciente a la fabricación.

24. Elaborar hojas de proceso de fabricación de los componentes, así como las

hojas de proceso de armado del conjunto. 25. Preparar los análisis de fabricación y de fase, de todos los componentes del

conjunto.

26. Diseñar y fabricar el herramental de apoyo necesario, para fabricación en serie del producto (dispositivos de sujeción para: Maquinado, soldadura, ensamble, prueba; herramientas especiales, etc.), además de modelos, matrices, platillas, calibres y empaque.

27. Determinar el costo de fabricación del producto.


36

28. Fabricar serie piloto.

Esta etapa sirve para poner a prueba por vez primera, el herramental proyectado para hacer la fabricación en serie. Es el momento ideal para hacer los ajustes necesarios en los modelos, matrices, plantillas, dispositivos, calibres y empaque del producto.

29. Probar serie piloto. 30. Fabricar partes en serie.

31. Controlar la producción.

32. Ensamblar partes.

33. Hacer pruebas finales al conjunto.

34. Empacar producto.

35. Integrar expediente tecnológico de fabricación.

Como puede observarse existen muchas semejanzas para la obtención de la tecnología de definición, ya sea con un fin de enseñanza – aprendizaje o bien para industrializar un producto y comercializarlo, pero definitivamente se separan en el momento de comenzar con la tecnología de fabricación, pues en el caso del objetivo industrial y comercial, se tiene una infraestructura disponible para producir el satisfactor con el interés de abastecer el mercado, en cambio cuando la meta es de enseñanza aprendizaje, en un principio solo se busca el beneficio de sacarle un buen provecho académico, que para la formación terminal integral de los egresados, ya es muy bueno. Esta metodología de extracción de tecnología se aplicara hasta la etapa numero 20, ya que hasta esta fase es donde se tiene contemplado el trabajo del alumno, posteriormente se llevaran a cabo el estudio de las fases 21 a 35, pero ese trabajo se realizara empresa – alumno.

3. 2.3. – DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE TECNOLOGÍA.

A manera de resumen, se muestra enseguida el diagrama de bloques, que resulta de las etapas del proceso de extracción de tecnología que se listaron anteriormente.


37

Se considera que la tecnología de definición de los productos comprende las etapas de la 1 a la 22, mientras que la tecnología de fabricación comprende las etapas 23 a la 35.

3. 3.- EVOLUCION DE SATISFACTORES.

Si el objetivo de la extracción de tecnología, es el de evolucionar el diseño de un satisfactor, se considera que solamente se lleva a cabo cuando:

- se tiene mucha experiencia como diseñador y con solo la tecnología de definición del producto, se pueden hacer modificaciones, sustituciones, omisiones, cambios y en general variaciones en el diseño original, o bien cuando,

- Se ha efectuado tantas veces la extracción de tecnología, tanto en su etapa

de definición como de fabricación, en varios productos semejantes, que se tiene un conocimiento profundo de los mismos y con mucha seguridad se evoluciona el diseño, con metas en la reducción de costos del producto o bien en el pronostico de la vida del mismo.

La etapa de evolución de los diseños se alcanza fácilmente, cuando ya se posee una madurez tecnológica, que es el caso de tantas empresas lideres de diversos productos, en el mercado mundial. La evolución de un producto deberá de traer consigo beneficios económicos, para los productores del satisfactor, así como beneficios adicionales a los que el mismo producto ofrece actualmente a los consumidores. Siempre que los equipos o maquinas cubren las necesidades mínimas a satisfacer o para las cuales fueron hechos, tendrán buena aceptación en el mercado, pero si agregamos aquel plus a nuestro producto, que lo haga ser mejor que los de nuestros competidores, estaremos por encima de ellos en cuanto a ventas y aceptación en el actual mercado, muy competitivo y muy cambiante. En si lo que persigue la extracción de tecnología para evolucionar un satisfactor es el de mejorar el producto y agregarle funciones que lo hagan mas útil de lo que ya es y mas fácil de manejar, económico y de fácil mantenimiento. Toda mejora siempre deberá de ser en beneficio, tanto del que lo fabrica como del que lo compra y jamás se deberá de hacer mejora en detrimento de estos parámetros. O al menos se deberá de intentar que siempre sea en beneficio mutuo.


38

INICIA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA DE DEFINICION

NECESIDAD DE SATISFACER UN MERCADO

1. seleccionar el producto 5. comprar el producto con otros semejantes.

2. verificar demanda insatisfecha.

Definir objetivo de la extracción de tecnología:

- Enseñanza – aprendizaje. - Industrio – comercial. - Evolucionar diseño.

3. Hacer estudio funcional.

4. Subdividir el producto

6. asignar subconjuntos a integrantes del equipo de trabajo

7. Diseñar formatos para registro y control de partes

8. Designar las características funcionales en las intersecciones de

los subconjuntos

9. Medir los componentes del producto y especificarlos

14. registrar de control para las partes del producto.

10. Asignar tolerancias

11. Determinar materiales. 12. deducir y designar recubrimientos superficiales

15. Elaborar planos de subconjuntos

13. Identificar y especificar tratamientos térmicos

16. contrastar planos contra producto.

No

Si - No Sí

17


39

17. integrar expediente tecnológico de definición

21. elaborar prototipo

22. probar prototipo

18. elaborar conclusiones delproceso efectuado.

19. registrar posibles mejoras

TERMINA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA DE DEFINICION

INICIA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA DE FABRICACION

23. Elegir secuencia de fabricación según medio disponibles

24. diseñar procesos de fabricación y armado del producto.

25. elaborar análisis de fabricación y de fase de todos los componentes.

26. Preparar fabricaciónProyecto y fabricación del herramental para producción en serie:

- Modelos para piezas fundidas. - Matrices para piezas forjadas. - Plantillas para piezas de lámina o de placa. - Herramientas especiales de corte. - Dispositivos para:

o Sujeción de piezas soldadas. o Sujeción de piezas maquinadas. o Facilitar ensamble del conjunto. o Medición. o Prueba de producto terminado y / o

partes componentes. - Calibres pasa – no – pasa. - Empaques y embalaje.

27. Determinar costos del producto

28

16


40

3.4.- CONCLUSIONES DEL DIAGRAMA. El diagrama permite entender de una forma fácil los pasos del proceso de extracción de tecnología, desde el inicio de la generación de la tecnología de definición hasta la generación de la tecnología de fabricación, paso a paso en el diagrama se detalla el trabajo que el aplicante de la metodología deberá seguir, para llegar a la aplicación de la misma de una forma correcta, y la misma metodología brinde los resultados esperados.

27

28. Fabricar serie piloto 29. probar serie piloto

30. fabricar partes en serie

31. controlar la producción.

32. ensamblar partes.

33. hacer pruebas finales al conjunto

34. empacar producto

TERMINA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA DE FABRICACION

COMERCIALIZACION

PRODUCTO EN EL MERCADO

35. Integrar expediente tecnológico de fabricación

18. elaborar conclusiones del proceso efectuado

19. registrar posibles mejoras

20. discutir resultados.

CAPITULO IV GENERACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE DEFINICION

41

CAPITULO IV.

GENERACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE

DEFINICION


42

4. 1. – INTRODUCCIÓN.

En el presente capitulo se llevara a cabo la aplicación de la metodología de extracción de tecnología, abarcando los puntos que corresponden a la generación de la tecnología de definición, del 1 al 20, la generación de tecnología de fabricación se realizara conjuntamente con la industria, ya que el alumno no cuenta con los medios, la infraestructura ni el capital para efectuar dicha labor. La labor de la generación de la tecnología de fabricación, abarca desde la elegir la secuencia de fabricación del producto, diseñar los procesos de fabricación y armado del mismo, determinar costos del producto, fabricar y probar serie piloto, fabricar partes en serie, ensamblar partes, hacerle pruebas finales al producto y de esta forma finalizar con el empaque, esto se hace conjuntamente con la industria motivo por el cual esta parte de la metodología se deja para el posterior análisis, industria – alumno.

4.2. - SELECCIONAR EL PRODUCTO.

Se trata de un tostador de café de tipo de lecho fluidizado, ya expuesto en los capítulos I y II, este tostador de café se dividió para su estudio en 8 subconjuntos, de los cuales el subconjunto cámara de tostado es el que se estudiara para llevar a cabo su extracción de tecnología, los demás subconjuntos la industria con su equipo de diseño los analizara y le hará las modificaciones pertinentes, por el momento la cámara de tostado es el subconjunto de interés en este trabajo.

4.3. - VERIFICAR DEMANDA INSATISFECHA.

El principal problema que presenta este tostador de café es desde el punto de vista del ensamble, esto se expuso en el capitulo II, se produce por la falta de buenas y precisas especificaciones para la manufactura y el ensamble, así como la falta de una buena definición de las formas geométricas de los componentes y de los desarrollos, al presentarse este defecto, en el estudio adecuado de los componentes, se genera un ensamble defectuoso, malo, lo que ocasiona dificultades de ensamble y problemas para llevar a cabo una deseable intercambiabilidad de las partes. El mal ensamble además provoca un retraso en la producción de tostadores, ya que al llegar los componentes al área de ensamble algunas de las piezas se tienen que regresar para procurar mantener su intercambiabilidad.


43

4.4. - HACER ESTUDIO FUNCIONAL DEL PRODUCTO EN SU CONJUNTO Y REGISTRAR SUS PUNTOS NOTABLES.

Este estudio se llevo a cabo en el capitulo II, secciones 2.1, 2.2 y 2.3, estudiando el tostador y su funcionamiento, así como definiendo cada uno de los componentes de la cámara de tostado.

4.5. - DIVIDIR EL PRODUCTO EN SUBCONJUNTOS. SEA POR FUNCIONES O

POR DISCIPLINA INVOLUCRADA.

El tostador de café se dividió en 8 subconjuntos por funciones, para su análisis y estudio, los cuales son:

- Chimenea. - Tobera recolectora de pajilla. - Cámara de tostado. - Tolva de alimentación. - Tolva de descarga. - Ventilador. - Base del tostador. - Caja de control de encendido eléctrico.

Como ya se ha venido comentando el subconjunto cámara de tostado es el objeto de estudio en esta tesis y el cual fue confiado llevar a cabo la aplicación de la extracción de tecnología. En la figura 4.5.1 se muestra un esquema del tostador de café con sus subconjuntos señalados para su mejor compresión.

Figura 4.5.1. - tostador de café de lecho fluidizado dividido en subconjuntos.


44

4.6. - COMPARAR LAS CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO CON LAS DE OTROS SEMEJANTES, O BIEN CON NORMAS O CATÁLOGOS DE

PRODUCTOS PARECIDOS. El análisis se realiza en el capitulo I, comparando una maquina tradicional de tostado de café de tambor giratorio, contra el tostador de café de aire caliente de lecho fluidizado, las ventajas que tiene el tostador de café de lecho fluidizado contra uno de tambor giratorio son las siguientes.

- Concentra.

Aroma. Aceites. Azucares naturales.

- Enfría el café con aire. - No contamina el ambiente.

Además de que la misma cámara de tostado sirve tanto para calentar el café como para enfriarlo, cuestión que en los tostadores de tambor giratorio no ocurre, ya que el café se tuesta en el tambor giratorio o cámara de tostador y pasa a una tolva de enfriamiento, cuestión que en el tostador de café de lecho fluidizado no ocurre. El que la misma cámara de tostado este tipo de tostadores, de lecho fluidizado, tanto tueste como enfrié el producto, permite ahorro de energía, tanto mecánica como eléctrica, además de que se ahorra espacio y se evitan mecanismos especiales para enfriar el grano de café, esto trae un beneficio de económica de consumo de energéticos (gas y electricidad) y de ahorro de espacio para el consumidor final.

4.7. - ASIGNAR LOS SUBCONJUNTOS DEL PRODUCTO, A CADA UNO DE LOS INTEGRANTES DEL EQUIPO DE DISEÑADORES.

El producto como bien se menciono se dividió en 8 subconjuntos de los cuales la cámara de tostado fue el asignado para la realización de la extracción de tecnología y la elaboración de la presente tesis, la industria trabajara con los otros 7 subconjuntos dividiéndolos entre su equipo de diseño, al haber concluido con la aplicación de la metodología de extracción de tecnología y una vez obtenido el expediente tecnológico de definición se revisara en contraste con los expedientes tecnológicos de cada uno de los subconjuntos analizados por la industria para constatar la correcta aplicación de la metodología y de esta forma tener una correcta definición en formas, dimensiones, materias, tratamientos térmicos y


45

recubrimientos superficiales (si los necesita), tolerancias y ajustes, con el fin de obtener intercambiabilidad en las partes. Si bien se observa en la figura 4.1, los subconjuntos van ensamblados entre sí, por lo cual es de gran exigencia el procurar llevar a cabo un trabajo en equipo, claro con la asignación de los subconjuntos para su trabajo entre diferentes personas, pero siempre manteniendo la comunicación adecuada y respetuosa para llegar con éxito a la meta deseada.

4.8. - DISEÑAR FORMATOS PARA EL CONTROL DE: TAMAÑO Y NUMERACIÓN DE DIBUJOS, ANÁLISIS DE FABRICACIÓN, ENSAMBLE Y

FASE. NÚMEROS DE PARTE. NOMBRE DE PARTES. El fin de los formatos es el de tener un control de las partes, el numero asignado a cada parte, representados naturalmente en dibujos, a continuación se presenta un formato para tener el control adecuado de la cantidad y de partes establecidas en los dibujos y facilitar su ubicación cuando estos se requieran.

Formato de control de dibujos

Lista de partes y componentes Subconjunto Nombre del subconjunto

SCJ Nombre de la parte N° Ubicación.

Nom

bre

del

subc

onju

nto

Por ejemplo, el subconjunto cámara de tostado consta de 14 partes, las cuales se enumeran a continuación: 1. Distribuidor de café. 2. Cilindro de cámara. 3. Soporte de cilindro de volteo. 4. Cilindro de volteo. 5. Cono de cámara de tostado. 6. Arillo de fijación de brida. 7. Brida. 8. Rejilla. 9. Distribuidor de aire.


46

10. Cono de transición de salida de aire caliente. 11. Cabina. 12. compuerta de desahogo de gases. 13. soporte principal de cámara de tostado. La tabla se llenaría de la siguiente forma: Nombre del subconjunto: que corresponde al subconjunto cámara de tostado (en el caso de que se trate de otro subconjunto se le asigna el nombre correspondiente). Nombre de la parte: que puede ser cada una de las 14 partes antes listadas, comenzando siempre por el subconjunto. Subconjunto No: existen 8 subconjuntos de los cuales la cámara de tostado es el tercero, el primer nombre de parte se asigna a el dibujo del subconjunto y su numero seria el 3, posteriormente se listara a las partes, de forma ascendente y refiriéndose al subconjunto 3, por ejemplo el numero de la parte distribuidor de café seria el 3.1, y así sucesivamente con las demás partes. Ubicación: atiende al tipo de hoja en la cual se representara el dibujo de la parte, puede ser desde A0 hasta A4, según las normas de dibujo, seguido de un numero el cual servirá para identificar cuantas hojas de cierto tipo se usaran, por ejemplo, el dibujo del subconjunto se haría por sus dimensiones y tomando en cuenta la escala apropiada utilizada, en hoja A0, como es el primer dibujo que existe en A0, se le agregaría el 001 y queda de la siguiente forma, A0 – 001, lo cual indica que esa parte es dibujada en una hoja A0, y que es la hoja 001, si existe otra parte representada en hoja A0 entonces le correspondería la siguiente ubicación, A0 – 002. 4.9. - DESIGNAR LAS CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES, QUE DEBEN

CUMPLIRSE EN LAS UNIONES DE CADA SUBCONJUNTO. De los 8 subconjuntos que conforman el tostador de café de lecho fluidizado, se observa que entre ellos existe un ensamble o unión para que en conjunto efectúen el trabajo para el cual fue destinado el tostador, las uniones entre ellos tienen el fin primordial de garantizar un correcto ensamble entre subconjuntos, para lograr el ensamble se hace uso de métodos de unión que van desde la soldadura hasta la unión por el sistema tuerca – tornillo.


47

A continuación se enuncia en la tabla 4.1 el tipo de unión existente entre cada subconjunto atendiendo al nombre del subconjunto, el subconjunto con el cual va unido, el tipo de unión, característica de la unión y un esquema de su unión. La designación de las características mas importantes que deben cumplirse en las uniones de cada subconjunto, se hace con el fin de tener un control del proceso de unión entre cada subconjunto y la característica que debe cumplir, para tener especial cuidado en el momento de llevar a cabo la aplicación de las tolerancias dimensionales, de posición o de forma en cada elemento (según sea el caso o según se requiera) y en especial en los elementos que tienen una unión con otros subconjuntos, con el fin de garantizar un correcto ensamble y la intercambiabilidad de las partes.

Tabla 4.9.1. Uniones de subconjuntos.

Subconjunto Subconjunto de unión.

Tipo de unión. Características. Esquema de la unión.

tobera recolectora de pajilla

Unión por medio del

proceso de soldadura

debe de existir una buena definición de formas y dimensiones, además

tener mucho cuidado en la aplicación de la

soldadura

Chi

men

ea

Cámara de tostado

Unión por medio del sistema tuerca – tornillo.

Debe de asegurarse que los agujeros por los cuales atravesará el tornillo, hechos en la

cámara de tostado, así como los

correspondientes a la chimenea sean

simétricos.

Tobe

ra re

cole

ctor

a de

pa

jilla

Chimenea

unión por medio del

proceso de soldadura

debe de existir una buena definición de formas y

dimensiones, tanto en la chimenea como en la tobera recolectora de

pajilla, para asegurar el correcto ensamble,

además tener mucho cuidado en la aplicación

de la soldadura, con el fin de garantizar una

correcta unión.


48

subconjunto Subconjunto de unión.


Chimenea

Unión por medio del sistema tuerca – tornillo.

Debe de asegurarse que los agujeros por los cuales atravesará el tornillo, hechos en la

cámara de tostado, así como los

correspondientes a la chimenea sean

simétricos.

Tolva de alimentación.


proceso de soldadura.

La unión es a un costado del cilindro de cámara, se debe garantizar la unión,

mediante las correctas especificaciones de formas y tolerancias dimensionales y de posición o de forma, según se requieran.

Tolva de descarga.



La unión es a un costado del cono de cámara, se

debe garantizar una buena unión, mediante

las correctas especificaciones de formas y tolerancias dimensionales y de posición o de forma, según se requieran.

Cám

ara

de to

stad

o

Ventilador.

Unión mediante el

sistema tuerca – tornillo.

La cabina de la cámara de tostado se une

mediante tornillos a la salida del caracol del ventilador, se debe de

tener especial cuidado ya que los agujeros deben de ser simétricos para garantizar su correcto

ensamble.


49



Tolv

a de

alim

enta

ción

Cámara de tostado.

Unión por medio del proceso

soldadura.

La unión es a un costado del cilindro de cámara, se debe garantizar la unión,

mediante las correctas especificaciones de formas y tolerancias dimensionales y de posición o de forma, según se requieran.

Tolv

a de

des

carg

a

Cámara de tostado.

Unión por medio del proceso

soldadura.

La unión es a un costado del cono de cámara, se

debe garantizar una buena unión, mediante

las correctas especificaciones de formas y tolerancias dimensionales y de posición o de forma, según se requieran.

Ven

tilad

or

Cámara de tostado.

Unión mediante el

sistema tuerca – tornillo.

La cabina de la cámara de tostado se une

mediante tornillos a la salida del caracol del ventilador, se debe de

tener especial cuidado ya que los agujeros deben de ser simétricos para garantizar su correcto

ensamble.


50



Ventilador.



se debe de garantizar una buena soldadura y

además una buena posición del ventilador en la base del tostador, ya

que ambos soportan a la cámara de tostado, la cual tiene integrados

otros cuatro subconjuntos,

Bas

e de

l tos

tado

r

Caja de control de encendido eléctrico.

Unión mediante el proceso de soldadura.

Esta se une en un extremo de la base del

tostador, el cual lo soporta.

Caj

a de

con

trol d

e en

cend

ido

eléc

trico

.

Base del tostador

Unión mediante el proceso de soldadura.

Esta se une en un extremo de la base del

tostador, el cual lo soporta, se debe de

garantizar la rigidez de la unión para evitar que la

caja de control se desprenda a causa de

cualquier siniestro.


51

4.10. - MEDIR EL PRODUCTO Y DOCUMENTAR LAS ESPECIFICACIONES DE CADA COMPONENTE.

En este apartado se analizara componente por componente de la cámara de tostado, en total son 13 elementos, algunos contienen mas de una parte por ser elementos de ensamble, tal es el caso del cono de cámara, la cabina, la compuerta de desahogo de gases, el soporte principal de la cámara, elementos que están ensamblados por mas de una pieza, convirtiéndolos en subensambles para su mejor estudio; el análisis se realizara con el fin de poder tener las dimensiones nominales.

4.10.1.- DISTRIBUIDOR DE CAFÉ. Una vez que se carga el café en la tolva de alimentación, este es liberado de la misma para poder entrar a la cámara de tostado, en particular cae hacia la sección cónica de la cámara conocida como cono de cámara de tostado, para evitar que el grano caiga de forma violenta y se dañe se ha ideado adaptar el distribuidor de café en el cilindro de cámara, el cual tiene una abertura que permite la comunicación entre el cilindro de cámara y la tolva de alimentación, esto con el fin de que el café pueda caer de la tolva a hacia la cámara de tostado, en la figura 4.10.1.1, se observan las dimensiones nominales de este elemento. Cabe destacar que este elemento se realiza en desarrollo de lámina de acero inoxidable AISI 304/2B, aplicando posteriormente los dobleces necesarios para darle la forma deseada, cuidando las dimensiones establecidas.

Figura 4.10.1.1.- dimensiones nominales en mm, del distribuidor de café.


52

4.10.2.- CILINDRO DE CÁMARA.

En el cilindro de cámara es donde se lleva a cabo el proceso de tostado de café, es ahí donde el aire caliente fluidiza a los granos de café y lo tuesta de una forma uniforme. Además este elemento esta provisto de dos huecos, uno circular y el otro de tipo rectangular, el primero sirve para poder alojar el vástago del termómetro, que dará la lectura a la cual se encuentra el interior de la cámara de tostado, el orificio rectangular hace ensamble con la tolva de alimentación, la cual provee de grano de café a la cámara de tostado. Además tiene un arreglo circular de 12 agujeros de ¼” de diámetro, en la parte superior se ensambla la chimenea, otro conjunto del tostador de café descrito antes, esto se hace con tornillos. Dentro del cilindro de cámara se ensambla al cilindro de volteo, mediante los soportes del cilindro Este elemento esta construido de acero inoxidable AISI 304/2B, en calibre 14, en la figura 4.10.2.1, se muestran las dimensiones nominales de este elemento, este elemento como el anterior también se realiza en desarrollo de lamina, aplicando el proceso de rolado necesario para obtener la forma circular característica de esta parte, y uniendo las terminaciones por el método de soldadura GTAW.

Figura 4.10.2.1.- dimensiones nominales en mm, del cilindro de cámara.


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4.10.3.- SOPORTE DE CILINDRO DE VOLTEO.

Este elemento une al cilindro de volteo con el cilindro de cámara, mediante soldadura, además garantiza la correcta alineación del ducto del cilindro de volteo con el radio menor del cono de la cámara de tostado. Se fabrica igual en acero inoxidable AISI 304/2B, en calibre 14. En la siguiente figura se observa un esquema con sus dimensiones nominales.

Figura 4.10.3.1.- dimensiones nominales en mm, del soporte de cilindro de volteo.

4.10.4.- CILINDRO DE VOLTEO.

El aire caliente fluidiza el lecho de café y este sube a través del cilindro de volteo, al llegar a la parte superior del cilindro de volteo el café cae hacia los extremos depositándose de nuevo en el cono de la cámara de tostado y una vez mas se repite el ciclo, se repite tantas veces según sea necesario para lograr el tostado optimo o deseado, según así lo considere el operador.


54

Este componente se hace también a través del desarrollo de lámina y posteriormente se realiza el rolado, para obtener la forma deseada, que para este caso es un cilindro. Esta fabricado en lamina de Acero Inoxidable AISI 304/2B. En la figura 4.10.4.1, se muestran las dimensiones nominales de este elemento.

Figura 4.10.4.1.- Dimensiones nominales en mm, del cilindro de volteo.

4.10.5.- CONO DE CÁMARA DE TOSTADO.

En el cono de la cámara de tostado se deposita el café en grano, esperando el funcionamiento del equipo para poder llevar a cabo el ciclo de tostado a través de la fluidización de aire caliente del mismo, el cono de la cámara de tostado esta provisto de una mirilla, mediante la cual se observa el grado de tueste que ve teniendo el café, para así llegar al grado optimo, según se requiera, además, esta conectado a la tobera de descarga, para que una vez, obtenido el tueste deseado, se lleve a cabo la expulsión o salida del grano de café ya tostado.


55

Cuenta con dos aberturas también, como el cilindro de cámara, únicamente que estas sirven para otros propósitos; una es de tipo circular, y en ella se monta una mirilla de observación, esta mirilla tiene el propósito de facilitar al operador del equipo, la verificación del grado de tueste del grano de café, por medio de la coloración del mismo, si el grano tiene la coloración adecuada de acuerdo al tipo de tueste deseado, se puede entonces sacar del equipo, y esto se hace mediante la tobera de descarga de grano, que viene ensamblada en la otra abertura que tiene el cono, este agujero es de tipo rectangular, y permite como antes se menciono, el libre desalojo del grano de café. Este elemento al igual que muchos otros se construirá de Acero Inoxidable AISI 304/2B, se hace mediante desarrollo de lámina, la cual se rola para obtener la forma cónica deseada, y las extremidades se unen mediante soldadura. La mirilla esta compuesta de un asiento, un vidrio templado resistente a altas temperaturas y su tapa, el asiento es de placa de ½” de Acero Inoxidable AISI 304 y va soldado al cono de cámara de tostado, además cuenta con 4 agujeros ciegos, con rosca de ¼” – 20UNC, la tapa es también de acero inoxidable pero en lamina, AISI 304/2B, de calibre 14, esta se hace por medio de troqueles. Estos elementos se ensamblan por cuatro tornillos de ¼”. En la figura 4.10.5.1, se observan las dimensiones nominales de este elemento. En la figura 4.10.5.2 se observa el asiento y en la figura 4.10.5.3, se observa la tapa de la mirilla, la figura 4.10.5.4, muestra el vidrio templado cortado de forma circular.

Figura 4.10.5.1.- Dimensiones nominales en mm, del cono de cámara de tostado.


56

Figura 4.10.5.2.- dimensiones nominales en mm, del asiento de la mirilla.

Figura 4.10.5.3.- dimensiones nominales en mm, de la tapa de la mirilla.


57

Figura 4.10.5.4.- dimensiones nominales en mm, del vidrio templado de la mirilla.

4.10.6.- ARILLO DE FIJACIÓN DE BRIDA.

Se realiza la unión mediante soldadura del arillo de fijación de brida a el cono de cámara de tostado y a la tobera de salida de aire caliente, esta sirve para poder ensamblar la brida a ambos elementos, mas adelante se explicara la función de la brida, que es la que divide a su vez a la cámara de tostado en dos conjuntos. El elemento arrillo de fijación de brida esta hecho por medio de desarrollo de lamina, en Acero Inoxidable AISI 304/2B, después el elemento se rola para obtener la pieza en forma de aro, y a su vez se le realizan 8 agujeros para tornillo de 5/16” a 45°, de separación entre cada agujero. La figura 4.10.6.1, muestra el arillo de fijación de brida.


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Figura 4.10.6.1.- dimensiones nominales del arillo de fijación de brida.

4.10.7.- BRIDA.

Se usan dos bridas, que se ensamblan una con otra, con este elemento se unen las dos partes en las que se encuentra dividida la cámara de tostado, se además de que en el se aloja la rejilla, elemento que se describirá mas adelante, este elemento esta hecho de aluminio, y es una pieza de fundición, que posteriormente es maquinada para obtener los acabados y formas deseadas, en función de su desempeño y utilización como elemento de unión, ya antes mencionado. Cuenta con 8 agujeros pasados para tornillo de 5/16”, repartidos a 45°, sobre el plano horizontal, y otros 8 agujeros pasados para tornillo de 5/16”, también separados a 45°, sobre el plano vertical, el desplazamiento existente entre los agujeros mostrados en el plano frontal con respecto a los mostrados en el plano lateral es de 22.5°. Esto con el fin de evitar que exista interferencia ente los tornillos, al llevar a cabo el ensamble o posicionamiento de los mismos en el agujero.


59

Figura 4.10.7.1.- dimensiones nominales de la brida, todas en mm.


60

4.10.8.- REJILLA.

La rejilla, esta hecha de material comercial, lamina de acero inoxidable perforada, usado en las cribas, esta se encuentra posicionada en el pequeño alojamiento que tienen ambas bridas, sirve para que el grano de café no caiga hacia la cabina de la cámara de tostado, esto con el fin de que se procure generar el ciclo de tostado del grano de café, el tamaño del grano mas pequeño es aquel que en promedio, pasa a través de mallas del numero 12, (4.75mm, de abertura), para mantener el grano de café, la lamina no debe de tener perforaciones de tamaño mayor a la antes mencionada, esta será del orden de 3mm de diámetro, además de que este tipo de perforación no afecta el paso del flujo de aire que fluidizara al lecho de café, de esta forma dándole el movimiento requerido para lograr el tostado homogéneo del grano. El material es, como ya antes se menciono, lamina de acero inoxidable AISI 304/2B, calibre 14, con perforaciones redondas. En la siguiente figura se observa este elemento.

Figura 4.10.8.1.- dimensiones nominales de la rejilla, todas en mm.


61

4.10.9.- DISTRIBUIDOR DE AIRE. El fin de este elemento es el de acelerar el flujo de aire para darle una fuerza de empuje extra, y así, de esta forma, se pueda levantar el lecho de grano de café que se encuentra dentro de la cámara de tostado. Esta compuesto principalmente por 2 elementos:

- tubo de unión de alabes. - Alabes (arreglo de 6, alrededor del tubo de unión).

El tubo de unión que es un redondo de acero inoxidable de 7/8” de diámetro exterior y se maquina un diámetro interior de 5/8”, sirve para unir 6 alabes fabricados en lamina calibre 14 de Acero Inoxidable AISI 304/2B y tienen un torcimiento de 15°, el cual permite imprimirle cierta cantidad de energía cinética al flujo para de esta forma tener la fuerza necesaria y lograr la fluidización del grano de café. En las siguientes figuras se muestran los elementos que componen el distribuidor de aire.

Figura 4.10.9.1.- dimensiones nominales del distribuidor del tubo de unión de

alabes del distribuidor de aire.


62

Figura 4.10.9.2.- dimensiones nominales de los, alabes del distribuidor de aire.

Figura 4.10.9.3.- Ensamble del distribuidor de aire.


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4.10.10.- CONO DE TRANSICION DE SALIDA DE AIRE CALIENTE. El distribuidor de aire se encuentra dentro del cono de transición de salida de aire caliente, esta ultima es una pieza de transición, es decir, tiene un cambio de sección, va de una sección rectangular, la cual se ensambla con la cabina; a una sección redonda, la cual se ensambla con el arillo de fijación de brida, en si, el distribuidor de aire, unido con la tobera de salida de aire caliente, le proporcionan al flujo la energía cinética necesaria para poder levantar el lecho de café. otro punto para considerar el que esta pieza sea de transición es porque la cabina, es de forma rectangular y el arillo de fijación de brida es redondo, con ambos elementos tiene enlace la tobera, ante esta situación, y por fines de ensamble se elije hacer este elemento como una pieza de transición, además de que como antes ya se menciono su forma ayuda a disminuir la presión del flujo con la que sale del compresor, haciendo menos, pero no del todo indispensable, el uso del limitador de flujo, que se encuentra instalado en la entrada de aire del compresor. . Esta es una pieza hecha en desarrollo de lámina de acero inoxidable, tipo AISI 304/2B, en la figura 4.10.10.1, se observan las características de esta pieza.

Figura 4.10.10.1.- dimensiones nominales del cono de transición de salida de aire

caliente.


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4.10.11.- CABINA.

El calentamiento del flujo de aire se lleva a cabo en la cabina de la cámara de tostado, esta parte es de tipo rectangular, cuenta con una abertura, la cual va ensamblada con la compuerta para desahogo de gas, que sirve para que, en el caso de que el piloto se apague y el equipo siga funcionando con el piloto encendido, se pueda desalojar el gas que haya quedado dentro de la cabina, además cuenta con otra ranura de tipo circular, donde se monta una mirilla para verificar el encendido del piloto. La cabina esta hecha en desarrollo de lámina de acero inoxidable del tipo AISI 304/2B, en la figura 4.10.11.1, se observan las características de esta pieza. La mirilla esta compuesta de un asiento, un vidrio templado resistente a altas temperaturas y su tapa, el asiento es de placa de ½” de Acero Inoxidable AISI 304 y va soldado a la cabina, además cuenta con 4 agujeros ciegos, con rosca de ¼” – 20UNC, la tapa es también de acero inoxidable pero en lamina, AISI 304/2B, de calibre 14. Estos elementos se ensamblan por cuatro tornillos de ¼”. En la figura 4.10.11.2 se observa el asiento y en la figura 4.10.11.3, se observa la tapa de la mirilla, la figura 4.10.11.4, muestra el vidrio templado cortado de forma circular.

Figura 4.10.11.1.- dimensiones nominales en mm, de la cabina.


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Figura 4.10.11.2.- dimensiones nominales en mm, del asiento de mirilla.

Figura 4.10.11.3.- dimensiones nominales en mm, de la tapa de mirilla.


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Figura 4.10.11.4.- dimensiones nominales en mm, del vidrio templado.

4.10.12.- COMPUERTA DE DESAHOGO DE GASES.

Es un aditamento necesario mas que nada de seguridad, en el caso de que la flama no se encienda o el piloto se apague la compuerta se abre para dejar salir el gas que haya quedado atrapado dentro de la cabina y axial evitar cualquier tipo de accidente que pueda poner en riesgo la integridad del operador, así como para causarle daños al equipo. Esta compuesto de cinco elementos:

- Tapa frontal de compuerta. - Tapa trasera de compuerta. - Separador de tapas. - Buje guía. - Perno.

Todas las partes están hechas en desarrollo de lamina de acero inoxidable del tipo AISI 304/2B, se estudiara mas adelante, la forma de hacer este elemento lo mas sencillo posible, analizar bien el desarrollo de cada elemento, con el fin de evitar tantas piezas y que en ensamble sea mejor, en las figuras 4.10.12.1 a la 5 se muestran estos componentes con sus dimensiones nominales.


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Figura 4.10.12.1.- dimensiones nominales de la tapa frontal de la compuerta.

Figura 4.10.12.2.- dimensiones nominales de la tapa trasera de la compuerta.


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Figura 4.10.12.3.- dimensiones nominales del separador de tapas.

Figura 4.10.12.4.- dimensiones nominales del buje guía.


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Figura 4.10.12.5.- dimensiones nominales del perno.

4.10.13.- SOPORTE PRINCIPAL DE CÁMARA DE TOSTADO

Este elemento, mecanosoldado, sirve para soportar y a su vez ensamblar la cámara de tostado, con el ventilador y la base del tostador. Esta compuesto por 4 elementos principalmente.

- dos ángulos de lados iguales 1 ¼” x 1/8”. - dos ángulos de lados iguales de 1 ¼” x 1/8”, con cortes en las esquinas a

45°. Los ángulos son de tipo comercial de lados iguales de 1 ¼” con espesor de 1/8”, en total son dos ángulos de 15.97mm de largo y dos de 247.39mm de largo, estos últimos con cortes en las esquinas a 45°, cada ángulo cuenta con 2 agujeros de 7/16” para efectuar en ensamble, El material es Acero Inoxidable AISI 304/2B. En las figuras 4.10.13.1 y 4.10.13.2, se observan las dimensiones nominales de estos elementos y en la figura 4.10.13.3 el ensamble general.


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Figura 4.10.13.1.- dimensiones nominales de ángulo de 1 ¼” x 1/8”.

Figura 4.10.13.2.- dimensiones nominales de ángulo de 1 ¼” x 1/8”, con cortes en

las esquinas a 45°.


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Figura 4.10.13.3.- ensamble de la base de la cámara de tostado.

4.11. - ASIGNAR LAS TOLERANCIAS NECESARIAS DE CADA COMPONENTE, ATENDIENDO AL: FUNCIONAMIENTO Y

DIMENSIONAMIENTO PARA LOGRAR AJUSTES Y ENSAMBLES ÓPTIMOS. CONTROL DE POSICIÓN Y DE FORMA DE SUS ELEMENTOS

GEOMÉTRICOS. ESTADO DE RUGOSIDAD DE LAS SUPERFICIES CRÍTICAS, DE LOS COMPONENTES MÁS IMPORTANTES.

4.11.1.-DISTRIBUIDOR DE CAFÉ.

Como ya bien se menciono el distribuidor de café es una pieza hecha de lamina de acero inoxidable calibre 14, esta pieza se hace en desarrollo de lamina y posteriormente se llevan a cabo los dobleces que le darán forma a la misma, en el desarrollo de las piezas se debe de tomar en cuenta el radio mínimo de doblez, que para este caso debe de ser por lo menos igual al espesor de la lamina, el calibre 14 tiene un espesor aproximado de 5/64”. el radio mínimo de doblez es muy importante ya que si no se toma al menos como mínimo el espesor de la lamina se puede llegar a tener problemas de fractura en la zona de doblez, esto será con fines prácticos, en las dobladoras el doblado es por medio de matrices formadoras de prensas, las matrices o dados tienen los radios mínimos de doblado dependiendo del calibre de lamina que se vaya a doblar, por lo regular, como se menciono es al menos el espesor de la lamina, pudiendo ser este mayor, mientras mayor sea el radio de doblez con respecto al espesor de la lamina, estaremos seguros de que el material no tendera a agrietarse en la zona del doblez..


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La dimensión de 80mm se cambiara a 120mm, esto con el fin de cubrir toda la abertura para entrada de grano de café. En la figura 4.11.1.1, se observa el distribuidor de café en desarrollo de lámina. El método utilizado para calcular el desarrollo o patrón de esta pieza será el de desarrollo de línea paralela, (ver Anexo B).

Figura 4.11.1.1.- desarrollo de lámina del distribuidor de café.

En la figura 4.11.1.1 se muestran las dimensiones A, B y C, como incógnitas, ya que al ser esta una pieza en desarrollo se deben de calcular las dimensiones de desarrollo, que no son las mismas que las dimensiones que tendrá la pieza al final del proceso de doblado, esto es porque se debe de tomar en cuenta el radio mínimo de doblez, que como bien ya se convino será igual al espesor de la lamina, que para este caso es de 5/64” (1.984375mm) aproximadamente, de acuerdo a tablas de la US. STANDARD GAGE SIZES For Sheet and Plate Iron and Steel (Estándar norteamericano para dimensiones de calibres de lamina y placa para hierro y acero). La dimensión marcada como la letra B originalmente tendría un valor de 45mm de acuerdo a las medidas tomadas del distribuidor de café y mostradas en la figura 4.10.1.1. El nuevo valor para B seria de 45mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.


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B = 45mm – Rmin

B = 45mm – 1.984375mm = 43.015625mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La dimensión marcada como la letra C originalmente tendría un valor de 87mm de acuerdo a las medidas tomadas del distribuidor de café y mostradas en la figura 4.10.1.1. El nuevo valor para C seria de 87mm, menos 2 veces el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

C = 87mm – 2Rmin

C = 87mm – 2(1.984375mm) = 83.03125mm

Se resta dos veces el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La cota con la letra A de la figura 4.11.1.1, se calcula sumando 2 veces B más C, esto seria:

A = 2B + C

A = 2(43.015625mm) + 83.03125mm = 169.0625mm ≈ 169mm

Por lo tanto el valor para A seria de 169.0625mm, esto implica que necesitamos una lamina de 169mm x 112mm para poder construir el distribuidor de café, hay que tener en cuenta las tolerancias que se le asignaran al desarrollo y a la pieza ya una vez realizada por medio de doblez. Para obtener el desarrollo del distribuidor de café, se corta desde una lamina de 4 x 10 ft (1219.2mm x 3048mm), se le dará una tolerancia de ±0.1mm. Una vez cortada se procede a doblar la lámina, para doblez le daremos una tolerancia de ± 0.5mm, esta tolerancia es la más difícil, la exactitud del doblez se confina al operador, que en base a su experiencia lograra el doblez adecuado y dentro de la tolerancia requerida. En las figuras 4.11.1.2 y 4.11.1.3, se observa en distribuidor de café, con sus apropiadas tolerancias.


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Figura 4.11.1.2.- desarrollo de lámina con tolerancias, cotas en mm.

Figura 4.11.1.3.- distribuidor de café con tolerancias, cotas en mm.


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4.11.2.- CILINDRO DE CAMARA

Se calculara el desarrollo de esta pieza, que a diferencia de la anterior es de tipo cilíndrica, el calculo del desarrollo es diferente al anterior descrito, se sumaron las partes rectas y se aplico el radio mínimo de doblez para obtener el desarrollo, aquí se tendrá que tomar en cuenta la circunferencia, que no es otra cosa mas que el diámetro del elemento multiplicado por π (3.1416). Por lo tanto la ecuación de la circunferencia quedaría descrita de la siguiente forma:

C = D x π

Donde: D = diámetro Del elemento. π = 3.1416 Sustituyendo los valores numéricos en la ecuación se tiene que:

C = 400mm x π = 1256.63706144mm ≈ 1257mm.

Redondeando el valor tenemos que la circunferencia es de 1257mm, para poder generar por medio de rolado un cilindro de 400mm de diámetro exterior, se necesitara cortar el patrón o desarrollo que es un rectángulo con dimensiones de de 1247mm x 510mm, desde una hoja de de acero inoxidable 4 x 10Ft (1219.2mm x 3048mm). Se le dará una tolerancia de ±0.1mm a la posición de los agujeros, y a las dimensiones generales, ya que el corte de estos es por láser y estos son los intervalos de tolerancia obtenidos mediante este proceso. En los agujeros se deberá de tener un control muy preciso de las tolerancias de posición, así como de la tolerancia que se le dejara de 1/16” por encima de la nominal al diámetro de cada uno de los agujeros provistos para los tornillos de ensamble, esto para no tener problemas en el momento del armado y del ensamble con la chimenea del tostador de café. En la figura 4.11.2.1, se muestra el desarrollo del cilindro de cámara con las tolerancias correspondientes, así como con las ranuras y agujeros necesarios, que debe llevar impresos antes de realizar el rolado.


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Una vez realizado en desarrollo se procede a rolarlo, para obtener la pieza de forma cilíndrica, una vez rolado se unen a tope a través de soldadura en las esquinas libres, el método usado es el de GTAW. La tolerancia para este tipo de proceso será de ±0.5mm, una vez soldado se le quita la cascarilla producida por el


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método de soldadura, se decapa y pasiva y se genera un acabado 2B en la parte de la unión soldada, este proceso se aplicara a todos los elementos soldados. Esto se puede observar en la figura 4.11.2.2.

Figura 4.11.2.2.- cilindro de cámara con tolerancias, cotas en mm, a menos que se

especifique otra cosa.


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Se deberá de verificar que las dimensiones documentadas en los dibujos de detalle, tomando en cuenta sus tolerancias, no tengan mucho variación con respecto a la pieza o parte ya terminada, esto se realiza mediante la verificación a través de un patrón pasa no pasa, el cual nos permita controlar la calidad de las dimensiones para lograr la manufactura y el ensamble deseados.

4.11.3.- SOPORTE DE CILINDRO DE VOLTEO.

Este soporte se une mediante soldadura con el cilindro de volteo, en un extremo, y con el cilindro de cámara, por el otro extremo, hay tener especial cuidado en las dimensiones de los ángulos, así como en los anchos y largos de la pieza, al ser obtenida a través de corte por láser, es fácil obtener tolerancias cerradas o muy pequeñas de esta pieza del orden de por lo menos ±0.1mm. el fin de tener tolerancias muy cerradas es el de evitar mucha variación en las dimensiones de la misma pieza, una variación muy grande promueve la desalineación del cilindro de volteo con respecto al centro de del cilindro de cámara, provocando un choque muy prominente del lecho de grano fluidizado con el cilindro de volteo, lo cual nos traería como consecuencia el tener mucho grano dañado, la concentricidad que deben de guardar el cilindro de volteo y el cilindro de cámara deberá de ser del orden de Ø 0.1mm, en la figura 4.11.3.1, se muestran, este elemento con las tolerancias necesarias para lograr un buen ensamble y ajuste.

Figura 4.11.3.1.- soporte de cilindro de volteo, con tolerancias en mm.


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4.11.4.- CILINDRO DE VOLTEO. El desarrollo de esta pieza, que es cilíndrica se calculara por el método usado para el cilindro de cámara, el diámetro exterior de este elemento es de 130mm, aplicando la ecuación tenemos que:

C = D x π

Sustituyendo los valores numéricos del diámetro y de π en la formula para obtener la circunferencia se tiene que:

C = 130mm x π = 408.407044967mm ≈ 408mm

De largo el cilindro de volteo tiene 200mm, por lo tanto se necesita cortar de una hoja de lámina de acero inoxidable, calibre 14 de 4 x 10 ft, un rectángulo de 408mm x 200mm, para obtener el desarrollo del cilindro de volteo. Como el corte es por láser, se pueden obtener tolerancias de hasta ±0.1mm. En la figura 4.11.4.1 se muestran las dimensiones con tolerancias del desarrollo de lámina del cilindro de volteo.

Figura 4.11.4.1.- desarrollo del cilindro de volteo, dimensiones en mm, a menos

que se especifique otra cosa.

Ya obtenido el desarrollo de la pieza, se procede a rolar, para el proceso de rolado le daremos una tolerancia simétrica de ±0.5mm, que es lo que se puede lograr a través de este proceso de manufactura. Esta pieza al igual que el cilindro de cámara, se soldara en los extremos libres una vez rolada, para generar la forma cilíndrica, se verifica con un patrón para que


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quede dentro de las dimensiones mínimas con respecto a las tolerancias asignadas, así como se le quita la cascarilla producida por el método de soldadura, se decapa y pasiva y se genera un acabado 2B en la parte de la unión soldada. En la figura 4.11.4.2, se muestra esta parte ya de forma cilíndrica y con las tolerancias asignadas.

Figura 4.11.4.2.- cilindro de volteo con tolerancias, cotas en mm, a menos que se


4.11.5.- CONO DE CÁMARA DE TOSTADO. Se calculara el desarrollo de esta pieza, que es en si un cono truncado, la forma de calcularlo es distinta a cuando se calcula el desarrollo para un cilindro o un prisma rectangular. Este cálculo se hará de acuerdo a lo estipulado en el Anexo B, para desarrollo de conos. Cuando se despliega el cono sobre un plano, el patrón será un sector de círculo, o forma de pastel. Para dibujar el patrón se debe de considerar un radio S igual al lado inclinado del cono, tomado de la vista frontal. El ángulo θ total incluido en el patrón es igual a:

°°= 360360 XSRox

inclinadaAlturabaseladeRadioθ


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Donde: R = radio de la base. S = la altura inclinada del cono, tomada de la vista frontal. En la figura 4.11.5.1, se muestra la vista frontal del cono truncado, con las dimensiones de S y R, para calcular el ángulo sobre el cual se deberá de extender el patrón.

Figura 4.11.5.1.- vista frontal del cono truncado.

El diámetro de la base es de 400mm, por lo tanto el radio será ese mismo diámetro dividido entre 2, lo cual el radio de la base (R) seria de 200mm; el lado inclinado (S) es de 519mm, aplicando la formula tenemos que:

°≈°=°= 1397283237.138360519200 x

mmmmθ

El ángulo θ del patrón será de 139°, conociendo ya el ángulo en el desarrollo y la longitud S, podemos construir el desarrollo del cono truncado, en la figura 4.11.5.2, se muestra este elemento ya en desarrollo, con las dimensiones de los radios y el ángulo, para posteriormente poder trazarlos en lamina y cortarlos.


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A este elemento al igual que a los anteriores se le dará la misma tolerancia por corte con láser de lámina, que es del orden de ±0.1mm.

Figura 4.11.5.2.- desarrollo de cono truncado, todas las dimensiones en mm, a menos que se especifique otra cosa.

Posteriormente, ya una vez obtenido el desarrollo, se procede a rolar la pieza, para el proceso de rolado se tomara en cuenta una tolerancia que será de ±0.5mm, además de que los diámetros, tanto mayor como menor deberán de tener, una concentricidad del orden de Ø0.1mm, esto para evitar malos ensambles, con el cilindro de cámara. En la figura 4.11.5.3, se muestra el cono de cámara ya rolada y con sus tolerancias adecuadas para efectuar un buen ensamble.


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Figura 4.11.5.3.- cono de cámara con tolerancias, dimensiones en mm, a menos



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Además hay que recordar que en el cono de cámara lleva elementos montados como es la mirilla para la observación de la coloración del grano de café, que esta compuesta por un asiento de mirilla, la propia mirilla de vidrio templado y la tapa de la mirilla, estos elementos ensamblados funcionan como un sistema árbol – agujero de acuerdo al sistema ISO de tolerancias y ajustes (Anexo B). Se usara un juego pequeño H6 para agujero y js5 para árbol en todos los casos, ya que son piezas que bien se pueden montar y desmontar, así como ensamblar a mano, esto para prever en el dado caso que se dañe el vidrio, llevar a cabo de forma fácil y eficiente su desmontaje, para ubicar uno nuevo y que este en buenas condiciones. En la figura 4.11.5.4, se muestra el asiento de mirilla, con las tolerancias antes mencionadas, considerándose como árbol, además de que para las demás formas se considera una tolerancia de calidad IT8, por ser la que se puede obtener de acuerdo al proceso de fabricación que es por medio de torno y un IT11 cuando se use taladro.

Figura 4.11.5.4.- asiento de mirilla con tolerancias, dimensiones en mm, a menos



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La tapa de la mirilla, se obtiene por matrizado y el intervalo de tolerancia es de ±1mm, y el ajuste árbol - agujero H6 js5. En la figura 4.11.5.5, se muestra la tapa de mirilla con las dimensiones y tolerancias especificadas.

Figura 4.11.5.5.- tapa de mirilla con tolerancias, dimensiones en mm, a menos que

se especifique otra cosa.

El vidrio templado se muestra en la figura 4.11.5.6, con las dimensiones y tolerancias necesarias para cumplir con un ensamble correcto y fácil de lograr, también se utiliza la tolerancia de H6 js5. Cabe destacar que las tolerancias serán de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana, que se publico en 1973, con el numero NOM – Z23/1973, mismas que se recomiendan como documento de base para esta y todas las tolerancias y ajustes dimensionales que necesiten los elementos del tostador de café.


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Figura 4.11.5.6.- mirilla de cono con tolerancias, dimensiones en mm, a menos


4.11.6.- ARILLO DE FIJACIÓN DE BRIDA.

Para el arillo de fijación de brida, al igual que los elementos que se realizan en desarrollo de lámina, se tiene que calcular el patrón, para poder realizar la manufactura de esta pieza. El método va a ser el mismo que el usado para calcular el desarrollo de lámina del cilindro de cámara. Comenzamos por calcular la circunferencia con la formula ya conocida y se procede de la siguiente forma:


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C = D x π

C = 130mm x π = 408.407044967mm ≈ 408mm.

Redondeando el valor tenemos que la circunferencia es de 408mm, para poder generar por medio de rolado un cilindro de 130mm de diámetro exterior. Se le dará una tolerancia de ±0.1mm, y a las posiciones de los agujeros también la tolerancia será de IT11. En la figura 4.11.6.1, se muestra el desarrollo del arillo de fijación de brida, con las tolerancias correspondientes, así como con los agujeros necesarios, que debe llevar impresos antes de realizar el rolado.

Figura 4.11.6.1.- desarrollo de arillo de fijación de brida, con tolerancias

dimensionales en mm, a menos que se especifique otra cosa. Después de haber obtenido el desarrollo de esta pieza, se procede a rolarla, para obtener el arillo, que posterior mente va a ir soldado en uno de sus extremos al cono de cámara de tostado, hay que recordar que son dos los usados, y el otro se usa, soldado a el cono de transición de salida de aire caliente. La tolerancia designada después de llevar a cabo el rolado será de ±0.5mm.


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En la figura 4.11.6.2, se observa esta figura ya rolada y con las tolerancias correspondientes.

Figura 4.11.6.2.- arillo de fijación de brida, tolerancias en mm, a menos que se indique otra cosa.

4.11.7.- BRIDA.

Esta pieza es un elemento hecho en fundición de aluminio, como no se cuenta con equipo de fundición, esta pieza es manufacturada por fuera, se genera el plano de detalle de este elemento, al igual que los demás con tolerancias y ajustes dimensionales, para que cumpla de forma adecuada su propósito como pieza de ensamble. Se tomaran tolerancias y ajustes de acuerdo a lo descrito en los anexos correspondientes a las tolerancias ISO generales, y de acuerdo a su proceso de fabricación, según sea conveniente.


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Las dimensiones mas criticas en esta pieza son las de las posiciones de los agujeros, que harán ensamble en los anillos de fijación de brida, así como también los agujeros, que a través de tornillo unirán ambas bridas, recordando lo descrito anteriormente, el conjunto cámara de tostado consta de dos partes de este tipo, también se debe de tener cuidado especial en la cavidad que aloja a la rejilla, que evitara que el grano caiga hasta la cabina, ya que si no se tiene amplio cuidado en la determinación de las tolerancias de la rejilla y de el alojamiento de rejilla, se tendrá un mal ensamble, para estos elementos consideraremos un ajuste exacto H8 para agujero, h7 para árbol. En la figura 4.11.7.1 se observa la brida con las tolerancias dimensionales y ajustes necesarios para llevar a cabo un buen ensamble y por ende un buen funcionamiento del equipo tostador de café.

Figura 4.11.7.1.- brida con tolerancias en mm, a menos que se indique otra cosa.


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4.11.8.- REJILLA.

Este material es comercial y se adquiere ya manufacturado, el diámetro mínimo de las perforaciones es de 3mm y la separación entre centros es de 5mm, el grano mas pequeño según las normas es de 4.7mm, para este caso aplicaremos un ajuste sobre el valor de las perforaciones que de acuerdo el proceso de manufactura que es por medio de láser será del orden de ±0.1mm, y para la posición se aplicara la misma tolerancia. La rejilla ira ensamblada en el pequeño alojamiento que tienen las bridas, para el diámetro de la rejilla, aplicaremos un ajuste exacto H8h7, con el fin de cuando el aire atraviese este elemento no tienda a vibrar o a moverse de posición. En la figura 4.11.8.1, se muestra la rejilla con sus dimensiones nominales y tolerancias, de acuerdo a lo antes explicado.

Figura 4.11.8.1.- rejilla con tolerancias en mm, a menos que se especifique otra cosa.


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4.11.9.- DISTRIBUIDOR DE AIRE.

El distribuidor de aire esta conformado por el tubo de unión de alabes y 6 alabes en arreglo, cada alabe tiene un torcimiento de 15°. Al tubo de unión de distribuidor de aire se le dará una tolerancia de IT11, para el agujero de 15.875mm de diámetro y de IT8 para la dimensión de 22.225mm de diámetro, por ser obtenida por torno. En la figura 4.11.9.1, se muestra el tubo de unión con las tolerancias especificadas de acuerdo a sus dimensiones.

Figura 4.11.9.1.- tubo de unión de alabes, con tolerancias en mm, a menos que se


los alabes, obtenidos de lamina de acero inoxidable AISI 304/2B, se les deberá de hacer un torcimiento de 15°, para este elemento, usaremos tolerancias de ±0.1mm


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al ser estas piezas cortadas por láser, para el ángulo se le dará una tolerancia de ±0.5°, al ser estas roladas para lograr el torcimiento deseado. En la figura 4.11.9.2, se muestra el alabe con sus dimensiones especificadas y sus tolerancias para llevar a cabo un buen ensamble. Cabe destacar que estos seis elementos se sueldan al tubo de unión, por medio del proceso de GTAW, posteriormente se sueldan a el cono de salida de aire caliente, una vez unidos estos elementos, como en los demás elementos soldados, se procede a limpiar la pieza, eliminar las manchas de soldadura por medio de descascarillado, decapado y pasivado del acero inoxidable.

Figura 4.11.9.2.- alabe, con tolerancias en mm, a menos que se especifique otra

cosa.


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En la figura 4.11.9.3, se muestra en ensamble del distribuidor de aire, con los alabes y el tubo de unión ya montados.

Figura 4.11.9.3.- distribuidor de aire ya ensamblado.


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4.11.10.- CONO DE TRANSICION DE SALIDA DE AIRE CALIENTE.

El cono de transición es una pieza muy especial, y la cual tiene que estar bien calculada su desarrollo, porque de otra forma, la pieza se manufacturaría de forma defectuosa además provocando problemas en el ensamble de las partes y componentes. La mayor parte del desarrollo de esta pieza se hace mediante el método de triangulación, método aplicable para realizar piezas de transición, la triangulación es el proceso de dividir una superficie en cierto numero de triángulos y a continuación transferir a cada uno por turno en el patrón; una pieza de transición es la que conecta dos formas diferentes o con aberturas en posición oblicua, como por ejemplo una abertura redonda a otra cuadrada o rectangular, como en nuestro caso. En la mayoría de los casos, las piezas de transición se componen de superficies planas y superficies cónicas, de esta forma es que sean aplicables los métodos de triangulación, así como los métodos para desarrollar conos y pirámides (ver Anexo B). En la figura 4.11.10.1, se muestra la forma de obtener el desarrollo de esta pieza, de gran ayuda son los paquetes de diseño asistido por computadora, que dan una mejor exactitud para el proyecto de piezas metálicas, así como para la creación de desarrollo de partes y componentes de todo tipo de maquinaria. Se comienza por proyectar la vista superior y la frontal del cono de transición de salida de aire caliente, en la vista superior se divide la circunferencia el 16 partes iguales, enumeramos solo del 1 al 5, empezando del lado derecho, hacia abajo siguiendo la circunferencia, tal como se muestra en la figura, y se enumera con diferentes colores para no tener confusiones posteriores, a las esquinas de la abertura rectangular, las identificaremos con letras W, X, Y y Z, de Y a X trazamos un segmento de recta el cual se nombrara A – A’; en la vista frontal en la parte superior del elemento de transición se traza otro segmento de recta, el cual se denomina como B – B’, una vez identificados estos elementos, trazamos un segmento de circunferencia, tomando como centro la esquina marcada con la letra X en la vista superior, este segmento de circunferencia ira desde 1 (la primera división del circulo) hasta A –A’, donde se intersectan en segmento de circunferencia que viene de 1 y A – A’ se traza una línea (de color morado como se ve en la figura) perpendicular a A – A’, y esta línea llegara hasta B – B’; donde se intersecta con B – B’, se traza otro segmento de recta hasta la esquina X de la vista frontal, toda la trayectoria que se definió se le nombrara trayectoria 1, y así se hará este procedimiento para todas las demás divisiones del circulo, teniendo definidas 5 trayectorias, mostradas en diferentes colores, tal como se puede observar en la figura 4..11.10.1. Supongamos que la unión por soldadura o costura realizada por el proceso de GTAW será en el segmento de recta 1 – S, referenciado en la vista superior, el


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triangulo 1 – S – X, es un triangulo rectángulo, que se puede dibujar fácilmente sobre el patrón, con la longitud real de 1 – S tomada de la vista frontal y la longitud real S – X tomada de la vista superior. A continuación se puede transferir el triangulo 1 – X – 5, la longitud 1 – X ya la tenemos dibujada en el patrón, ya que ya se dibujo el triangulo 1 – S – X, la longitud X – 5 se toma de la vista frontal y se dibuja en el patrón y así todos los demás segmentos tomando las pequeñas bases desde el circulo en la vista superior y los lados largos desde los diagramas de longitudes reales. De esta forma queda construido el patrón o desarrollo del cono de transición de salida de aire caliente, que es un pieza que como ya se menciono y estudio de transición, cabe mencionar que este tipo de piezas se usan ampliamente y muy comúnmente en las instalaciones de aire acondicionado, ventilación, calentamiento y similares, siendo de gran utilidad y además de que algunos proveedores o gente que trabaja la lamina y se dedica a la paileria logran trabajos de piezas con un alto grado de dificultad.

Figura 4.11.10.1.- obtención del desarrollo del cono de transición de salida de aire

caliente.


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Una vez obtenido el desarrollo se procede a dimensionar el mismo, y dar tolerancias, el trazo se lleva a cabo el lámina de acero inoxidable AISI 304/2B y se corta por medio de láser, posteriormente se le van aplicando golpes de dobles en cada una de las longitudes reales determinadas y en los extremos libres se procede a soldar, para de esta forma obtener el cono de transición, para el proceso de corte por láser le daremos al patrón una tolerancia de ±0.1mm en todas sus dimensiones, ya una vez generado el cono de transición y soldado la tolerancia será de ±0.5mm de la misma forma en todas sus dimensiones. En la figura 4.11.10.2 se observa que la parte radial esta definida por dos radios, los cuales tendrán el mismo valor, pero estarán posicionados en diferentes puntos, el trazo del desarrollo es sencillo porque si se observa el patrón o desarrollo si se parte a la mitad es una figura simétrica, esto quiere decir que se pueden trazar una mitad y en base a esa mitad generar la segunda parte del desarrollo, claro esta que no se incurriría en un error de trazo porque como bien se comenta es un desarrollo simétrico, de esta manera facilitamos el trabajo del operador y la generación de la pieza de transición.

4.11.10.2.- desarrollo con dimensionasen mm, a menos que se especifique otra cosa y tolerancias de acuerdo a las normas.


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En la figura, 4.11.10.3, observamos el cono de transición de salida de aire caliente ya manufacturado y con tolerancias, la tolerancia será de ±0.5mm en todas sus dimensiones.

Figura 4.11.10.3.- cono de transición de salida de aire caliente, con tolerancias en

mm, a menos que se especifique otra cosa.

4.11.11.- CABINA

La cabina, como otras muchas partes que conformar la cámara de tostado, esta hecha por desarrollo de lamina, el método de desarrollo de lamina es el de desarrollo en línea paralela, al igual que las demás esta hecha de acero inoxidable AISI 304/2B, calibre 14, para obtener el desarrollo se hace el mismo análisis que para el distribuidor de café, que es por el método de desarrollo en línea paralela.


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Figura 4.11.11.1.- desarrollo de lámina de cabina. En la figura 4.11.11.1 se muestran las dimensiones A, B, C, D, E, F, G, H e I, como incógnitas, ya que al ser esta una pieza en desarrollo se deben de calcular las dimensiones que deberán de considerarse para generar el patrón, que no son las mismas que las dimensiones que tendrá la pieza al final del proceso de doblado, esto es porque se debe de tomar en cuenta el radio mínimo de doblez, que como bien ya se convino será igual al espesor de la lamina, que para este caso es de 5/64” (1.984375mm) aproximadamente. La dimensión marcada como la letra B originalmente tendría un valor de 150mm de acuerdo a las medidas tomadas de la cabina y mostradas en la figura 4.10.11.1. El nuevo valor para B seria de 150mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

B = 150mm – Rmin

B = 150mm – 1.984375mm = 148.015625mm ≈ 148mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La dimensión marcada como la letra C originalmente tendría un valor de 180mm de acuerdo a las medidas tomadas del distribuidor de café y mostradas en la


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figura 4.10.11.1. El nuevo valor para C seria de 180mm, menos 2 veces el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

C = 180mm – 2Rmin

C = 180mm – 2(1.984375mm) = 176.03125mm ≈ 176mm

Se resta dos veces el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en ambos lados. La dimensión marcada como la letra D originalmente tendría un valor de 150mm de acuerdo a las medidas tomadas del distribuidor de café y mostradas en la figura 4.10.11.1. El nuevo valor para D seria de 150mm, menos 2 veces el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

D = 150mm – 2Rmin

D = 150mm – 2(1.984375mm) = 146.03125mm ≈ 146mm

Se resta dos veces el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia ambos lados. La dimensión marcada como la letra E originalmente tendría un valor de 180mm de acuerdo a las medidas tomadas del distribuidor de café y mostradas en la figura 4.10.11.1. El nuevo valor para E seria de 180mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

E = 180mm – Rmin

E = 180mm – 1.984375mm = 178.015625mm ≈ 178mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La cota con la letra A de la figura 4.11.11.1, se calcula sumando B, C, D y E, esto seria:

A = B + C + D + E

A = 148 + 176 + 146 + 178 = 648mm

Por lo tanto el valor para A seria de 648mm, lo que sigue es calcular los valores de F y G, comencemos por G, en la figura 4.10.11.1 el valor de G es de 400mm, el


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nuevo valor para G seria de 400mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

G = 400mm – Rmin

G = 400mm – 1.984375mm = 398.015625mm ≈ 398mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La dimensión marcada como la letra F originalmente tendría un valor de 31.75mm de acuerdo a las medidas tomadas de la cabina y mostradas en la figura 4.10.11.1. El nuevo valor para E seria de 31.75mm, menos 1/2 del radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

F = 31.75mm – 1/2Rmin

F = 180mm – 0.9921875mm = 30.7578125mm ≈ 31mm

Se resta 1/2 del radio mínimo de doblez, ya que una vez hecho el desarrollo se requiere que la dimensión de 31.75mm, quede sobre la parte superior del doblez, mostrada en la vista superior de la figura 4.10.11.1, para asegurar un buen asentamiento de la cabina en el soporte principal de cámara de tostado, la dimensión es aplicable en las cuatro aletas. La cota con la letra H de la figura 4.11.11.1, se calcula sumando F y G esto seria:

H = F + G

H = 398.015625mm + 30.7578125mm = 428.7734375mm ≈ 429mm

Por lo tanto el valor para H seria de 429mm. Continuamos con el cálculo de las dimensiones de las aletas, provistas para hacer el ensamble con el soporte principal de la cámara de tostado, estas atienden a las dimensiones marcadas en la figura 4.11.11.1, con las letras I y J. Entre I y J de la figura 4.11.11.1 se observa una separación, esta abertura se prevé con el fin de generar ahí el doblez; de la línea punteada a los extremos de las aletas se tiene un valor de 1 vez el radio mínimo de doblez, dando como resultado que esta separación será igual al 2 veces el radio mínimo de doblez, sobre la línea punteada se efectúa el golpe que dará como resultado la generación de los varios dobleces que lleva el desarrollo y a su vez la creación de la cabina, este espacio esta provisto como ya se menciono, con el fin de poder ahí generar el


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radio de doblez y que la herramienta de trabajo pueda actuar de forma libre, así por este medio se obtendrá la pieza deseada. I será igual a 150mm, que es el valor de la pieza ya doblada, y como ya se menciono menos 4 veces el radio mínimo de doblez, (Rmin = 1.984375mm), y se expresara de la siguiente forma.

I = 150mm – 4Rmin

I = 150mm – 4(1.984375mm) = 142.0625mm ≈ 142mm

Para J, esta será igual a 180, que es el valor de la pieza ya doblada, menos 4 veces el radio mínimo de doblez (Rmin = 1.984375mm), y se expresara de la siguiente forma.

J = 180mm – 4Rmin

J = 180mm – 4(1.984375mm) = 172.0625mm ≈ 172mm Los valores de ubicación de las aberturas tanto de la redonda como de la cuadrada, permanecerán iguales y estos se muestran en la figura 4.11.11.1, salvo la cota horizontal mostrada por la letra K, que define dicha posición del orificio cuadrado, esta cota será igual a la dimensión D entre 2 menos 80mm, que es el valor de uno de los lados de la abertura cuadrada entre 2, conocido D, procedemos al calculo de la cota K.

K = D / 2 – 80mm / 2

K = (146.03125mm/2) – (80mm/2) = 33.015625mm ≈ 33mm

Por lo tanto K seria igual a 33mm, el trazo del cuadrado quedara establecido por la cota vertical mostrada en la figura 4.11.11.1, que atiende al valor de 255mm, y la cota horizontal, inicialmente mente llamada K, para fines de calculo, será de 33.015625mm ≈ 33mm, esta ultima se trazara de la línea punteada que define el doblez, hacia el extremo mas cercado a la misma de la abertura cuadrada, con estas cotas tendremos la certeza de que la abertura cuadrada quedara, ya una vez generados los dobleces, en la mitad de uno de los cuatro lados de la cabina, de longitud de 150mm. Para la abertura redonda, con las dimensiones de posición tanto vertical como horizontal no hay problema y quedaran definidas tal cual se muestran en la figura 4.11.11.1, las posiciones de los agujeros de sujeción con el soporte principal, quedan definidos en sus posiciones como se muestra en el desarrollo de la cabina, estos agujeros están distribuidos uniformemente en cada una de las aletas, a lo largo ellas, la distribución se repite al tener pares de aletas similares.


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Para lograr la cabina se necesita una lamina de 648mm x 429mm, hay que tener en cuenta las tolerancias que se le asignaran al desarrollo y a la pieza ya una vez realizada por medio de doblez. Para obtener el desarrollo de la cabina, se corta desde una lamina de 4 x 10 ft (1219.2mm x 3048mm), se le dará una tolerancia de ±0.1mm. Una vez cortada se procede a doblar la lámina, para doblez le daremos una tolerancia de ± 0.5mm, esta tolerancia es la más difícil, la exactitud del doblez se confina al operador, que en base a su experiencia lograra el doblez adecuado y dentro de la tolerancia requerida. En la figura 4.11.11.2, se muestra el desarrollo de la pieza, con tolerancias en mm, y en la figura 4.11.11.3, se muestra la cabina ya manufacturada con las tolerancias pertinentes.

Figura 4.11.11.2.- desarrollo de la cabina con tolerancias en mm.


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Figura 4.11.11.3.- cabina con tolerancias en mm, a menos que se especifique otra

cosa.

Además hay que recordar que en el cono de cámara lleva elementos montados como es la mirilla para verificar el encendido del piloto, que esta compuesta por un asiento de mirilla, la propia mirilla de vidrio templado y la tapa de la mirilla, estos


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elementos ensamblados funcionan como un sistema árbol – agujero de acuerdo al sistema ISO de tolerancias y ajustes (Anexo B). Se usara un juego pequeño H6 para agujero y js5 para árbol en todos los casos, ya que son piezas que bien se pueden montar y desmontar, así como ensamblar a mano, esto para prever en el dado caso que se dañe el vidrio, llevar a cabo de forma fácil y eficiente su desmontaje, para ubicar uno nuevo y que este en buenas condiciones. En la figura 4.11.11.4, se muestra el asiento de mirilla, con las tolerancias antes mencionadas, considerándose como árbol, además de que para las demás formas se considera una tolerancia de calidad IT8, por ser la que se puede obtener de acuerdo al proceso de fabricación que es por medio de torno y un IT11 cuando se use taladro.

Figura 4.11.11.4.- asiento de mirilla con tolerancias, dimensiones en mm, a menos



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La tapa de la mirilla, se obtiene por matrizado y el intervalo de tolerancia es de ±1mm, y el ajuste árbol - agujero H6 js5. En la figura 4.11.11.5, se muestra la tapa de mirilla con las dimensiones y tolerancias especificadas.

Figura 4.11.11.5.- tapa de mirilla con tolerancias, dimensiones en mm, a menos que se especifique otra cosa.

El vidrio templado se muestra en la figura 4.11.11.6, con las dimensiones y tolerancias necesarias para cumplir con un ensamble correcto y fácil de lograr, también se utiliza la tolerancia de H6 js5


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Figura 4.11.11.6.- mirilla de cono con tolerancias, dimensiones en mm, a menos que se especifique otra cosa.

4.11.12.- COMPUERTA DE DESAHOGO DE GASES.

La compuerta esta compuesta por 5 partes, se hará una mejora, ya que la tapa frontal, juntos con los separadores de tapas se pueden hacer en una sola pieza, esto mediante el desarrollo de lamina, para así hacer mas practica tanto su manufactura como el ensamble. El método para calcular el desarrollo será por medio de desarrollos de línea paralela, tal y como se hizo con la cabina y el distribuidor de café, hay que resaltar que dentro de esta pieza correrá la tapa trasera de la compuerta, en si funcionara como guía y la tapa trasera de compuerta como una especie de corredera, esto para poder abrir dicha compuerta y que se pueda efectuar el libre desahogo de


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gases, que llegasen a quedar atrapados, provocando si no se tiene cuidado un accidente con el equipo. En la figura 4.11.12.1, se muestra un esquema de la pieza, con las dimensiones deseadas, posteriormente, se calcula el desarrollo de la misma.

Figura 4.11.12.1.- tapa frontal de compuerta, dimensiones en mm, a menos que se especifique otra cosa.

En la figura 4.11.12.1, se observan las dimensiones generales de la tapa frontal de compuerta, las dimensiones importantes y las que hay que cuidar para calcular el desarrollo son las mostradas en la vista lateral izquierda, son dimensiones internas, la dimensión mostrada como 5.953125mm, es aquella donde va a correr la tapa trasera de la compuerta, y se prevé de esa magnitud con el fin de poder facilitar el doblado de la pieza, así como para evitar interferencias entre ambas tapas al momento del ensamble. Como esta es una pieza de tipo de desarrollo en línea paralela, en la figura 4.11.12.2, se estudia esta pieza ya desarrollada, para calcular las diferentes dimensiones marcadas como incógnitas con letras mayúsculas.


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Figura 4.11.12.2.- desarrollo de lámina de tapa frontal.

Al ser mas importantes las dimensiones internas. La dimensión marcada como la letra B originalmente tendría un valor de 100mm de acuerdo a las medidas tomadas de la tapa frontal y mostrada en la figura 4.11.12.1. El valor para B, queda igual, por ser una dimensión interna, por lo tanto:

B = 100mm La dimensión marcada como la letra C originalmente tendría un valor de 5.953125mm de acuerdo a las medidas tomadas de la tapa frontal y mostradas en la figura 4.11.12.1. El nuevo valor para C seria de 5.953125mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Ruin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

C = 5.953125mm – Ruin

C = 5.953125mm – 1.984375mm = 3.96875mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez ya que la dimensión a considerar es la interna. La dimensión marcada como la letra D originalmente tendría un valor de 12.7mm de acuerdo a las medidas tomadas de la tapa frontal y mostradas en la figura


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4.11.12.1. El nuevo valor para D seria de 12.7mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Ruin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

D = 12.7mm – Ruin

D = 12.7mm – 1.984375mm = 10.715625mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez ya que la dimensión a considerar es la interna. La cota con la letra A de la figura 4.11.12.2, se calcula sumando 2 veces B más C, esto seria:

A = B + 2C + 2D

A = 100mm + 2(3.96875mm) + 2(10.715625mm) = 129.36875mm ≈ 129mm

Lo que corresponde ahora es calcular cotas de posición de las dos aberturas con las cuales cuenta este elemento, como se observa en la figura 4.11.12.2, las dimensiones horizontales, se mantendrán con respecto a lo establecido en la figura 4.11.12.1, esto porque el extremo en el cual están referenciadas estas cotas, no se ven afectadas por proceso alguno de doblado o rolado, en cambio las dimensiones verticales, si se ven afectadas por los procesos de doblez necesarios a efectuar en el desarrollo para generar la tapa frontal de compuerta, haciendo necesario el calculo de dichas cotas, basándonos en las ya calculadas, principalmente la cota A, es la que nos servirá como parámetro para poder calcular las cotas E y F. La cota de posición vertical de la abertura circular marcada como E, debe de ser a la mitad del desarrollo siendo esto:

E = A / 2.

E = 129.36875mm / 2 = 64.684375mm ≈ 65mm.

Con esto garantizamos que al hacer el doblez, la abertura circular quedara a la mitad del elemento, claro esta también tomar en cuenta, la tolerancia que se obtiene por el proceso de doblado, que es de ±0.5mm.

La cota de posición vertical de la abertura cuadrada marcada como F, deberá de ser igual a, A menos, 80mm que es el valor de la cota vertical abertura cuadrada, entre 2, esto queda determinado por la siguiente formula.

F = (A – 80mm) / 2.


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F = (129.36875mm – 80mm) / 2 = 24.684375mm ≈ 25mm

Con esto garantizamos que al hacer el doblez, la abertura cuadrada quedara a la mitad del elemento, claro esta también se debe de tomar en cuenta, la tolerancia que se obtiene por el proceso de doblado, que es de ±0.5mm. Por lo tanto el valor para A seria de 129.36875mm, esto implica que necesitamos una lamina de 169mm x 112mm para poder construir la tapa frontal de compuerta, hay que tener en cuenta las tolerancias que se le asignaran al desarrollo y a la pieza ya una vez realizada por medio de doblez. Para obtener el desarrollo de la tapa frontal de compuerta, se corta desde una lámina de 4 x 10 ft (1219.2mm x 3048mm), se le dará una tolerancia de ±0.1mm. Una vez cortada se procede a doblar la lámina, para doblez le daremos una tolerancia de ± 0.5mm, esta tolerancia es la más difícil, la exactitud del doblez se confina al operador, que en base a su experiencia lograra el doblez adecuado y dentro de la tolerancia requerida. En las figuras 4.11.12.3 y 4.11.12.4, se observa la tapa frontal de compuerta, con sus apropiadas tolerancias.

Figura 4.11.12.3.- desarrollo de tapa frontal de compuerta, dimensiones en mm, a

menos que se especifique otra cosa.


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Figura 4.11.12.4.- tapa frontal de compuerta, con tolerancias en mm, a menos que


La tapa trasera de compuerta también es un elemento que se hacer por medio de desarrollo de lámina, el método, el mismo empleado para la tapa frontal, se añadirá en un extremo 38.1mm mas para poder ensamblar ahí un mango de madera, esto traerá la modificación del elemento mismo. En la figura 4.11.12.5, se observa la tapa trasera de compuerta con las dimensiones deseadas, para poder adaptarle el mango de madera.

Figura 4.11.12.5.- tapa trasera de compuerta, dimensiones en mm, a menos que



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Como la tapa de compuerta esta es una pieza de tipo de desarrollo en línea paralela, en la figura 4.11.12.6, se estudia esta pieza ya desarrollada, para calcular las diferentes dimensiones marcadas como incógnitas con letras mayúsculas. el mango que se utilizara como ensamble en este elemento, se ha previsto con el fin de facilitar el manejo de la tapa trasera de compuerta, y así manipular de fácil forma el movimiento de la misma, además de hacerla un elemento mas seguro, para el operario de la maquina.

Figura 4.11.12.6.- desarrollo de lámina de la tapa trasera de compuerta.

En la figura 4.11.12.6 se muestran las dimensiones A, B, C y D como incógnitas, ya que al ser esta una pieza en desarrollo se deben de calcular las dimensiones de desarrollo, que no son las mismas que las dimensiones que tendrá la pieza al final del proceso de doblado, esto es porque se debe de tomar en cuenta el radio mínimo de doblez, la cota vertical de 100mm, quedara tal cual se define en la figura 4.11.12.5, esta cota no se modifica al no ser afectada por ningún proceso de rolado o doblado, las cotas de posición de los agujero de diámetro de 12.7mm, también se conservan, ya que se toman como referencia los extremos opuestos al doblez de la lamina. La dimensión marcada como la letra B originalmente tendría un valor de 38.1mm de acuerdo a las medidas tomadas de la tapa trasera de compuerta y mostradas


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en la figura 4.11.12.5. El nuevo valor para B seria de 38.1mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Ruin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

B = 38.1mm – Rmin

B = 38.1mm – 1.984375mm = 36.115625mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La dimensión marcada como la letra C originalmente tendría un valor de 38.1mm de acuerdo a las medidas tomadas de la tapa trasera de compuerta mostradas en la figura 4.11.12.5. El nuevo valor para C seria de 38.1, menos 2 veces el radio mínimo de doblez (Ruin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

C = 210mm – 2Ruin

C = 210mm – 2(1.984375mm) = 34.13125mm

Se resta dos veces el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión tiene tangencia en ambos lados. La dimensión marcada como la letra D originalmente tendría un valor de 210mm de acuerdo a las medidas tomadas de la tapa trasera de compuerta y mostradas en la figura 4.11.12.5. El nuevo valor para D seria de 210 mm, menos 1 vez el radio mínimo de doblez (Ruin = 1.984375mm), se expresa de la siguiente forma.

B = 210mm – Rmin

B = 210mm – 1.984375mm = 208.015625mm

Se resta una vez el radio mínimo de doblez, ya que esta dimensión solo tiene tangencia en uno de sus lados. La cota con la letra A de la figura 4.11.12.6, se calcula sumando B más C más D, esto seria:

A = B + C

A = 36.115625 + 34.13125mm + 208.015625mm = 278.2625mm ≈ 278mm El valor para A seria de 278.2625mm, esto implica que necesitamos una lamina de 169mm x 112mm para poder construir el distribuidor de café, hay que tener en cuenta las tolerancias que se le asignaran al desarrollo y a la pieza ya una vez realizada por medio de doblez.


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Para obtener el desarrollo del la tapa trasera de la compuerta, se corta desde una lamina de 4’ x 10’ (1219.2mm x 3048mm), se le dará una tolerancia de ±0.1mm. Los diferentes tamaños de lamina de acero inoxidable varían según el proveedor, no todos los proveedores manejan los tamaños de lamina que existen según las normas ISO 9001 : 2000, esto porque la lamina viene en rollos, y no todos los proveedores cuentan con la maquinaria especializada para efectuar cortes a tamaños mayores a 4’ x 10’, existen tamaños de hojas de lamina desde 3’ x 8’ hasta los 6’ x 10’, por lo regular todas las partes y componentes de la cámara de tostado se fabrican a partir de laminas de 4’ x 10’. Una vez cortada se procede a doblar la lámina, para doblez le daremos una tolerancia de ± 0.5mm, esta tolerancia es la más difícil, la exactitud del doblez se confina al operador, que en base a su experiencia lograra el doblez adecuado y dentro de la tolerancia requerida. En las figuras 4.11.12.7 y 4.11.12.8, se observa la tapa trasera de compuerta, con sus apropiadas tolerancias, todas las dimensiones marcadas son en milímetros, a menos que en el esquema se especifique otra cosa.



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Figura 4.11.12.8.- tapa trasera de compuerta con tolerancias, cotas en mm.

El buje guía, se hace de redondo de acero inoxidable de ¾” (19.05mm) de diámetro y 12.7mm de largo, se le hace un agujero roscado, pasado, para que ahí pueda entrar el perno, que servirá para limitar el movimiento de la tapa trasera de compuerta, la tolerancia será de ±0.1mm, en la mayoría de los casos. El buje guía va soldado a la tapa frontal de la compuerta, como a todos los elementos soldados a este también se le hace su limpieza, se descascarilla, se pasiva y se decapa y por ultimo se vuelve a obtener el acabado tipo sanitario 2/B, que es el usado en la industria alimenticia. El perno, se obtiene de un redondo de 1 ½” (38.1mm) diámetro, el cual se tornea hasta dejar un vástago roscado de ½” (12.7mm) de diámetro nominal, se considera una tolerancia de calidad IT8 por ser la que se puede obtener de acuerdo al proceso de fabricación que es por medio de torno. En la figura 4.11.12.9 y 4.11.12.10, se muestran este par de elementos, ya con tolerancias dimensionales en mm.


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Figura 4.11.12.9.- buje guía, con tolerancias en mm, a menos que se especifique

otra cosa.

Figura 4.11.12.10.- perno con tolerancias en mm, a menos que se especifique otra

cosa.


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El mango será construido de madera, abedul que es una madera de coloración blanca y de grano cerrado, se le dará un recubrimiento superficial con barniz ignifugo, para hacerlo más resistente al trabajo duro que día con día tendrá, así como evitar que este se inflame ante cualquier circunstancia de incendio. Este elemento se ha pensado con el propósito de facilitar el movimiento de la tapa trasera de compuerta, ya que se observaba cierta dificultad al mover la tapa con el diseño anterior, además de que la lamina, en ocasiones al no estar bien esmerilada de las orillas y las esquinas provocaba que el operario sufriera cortaduras en las manos, con este elemento se pretende evitar todos esos molestos incidentes provocados por un mal diseño. El medio de ensamble será mediante dos tornillos de ½” de diámetro con tuerca y arandela de presión. En la figura 4.11.12.11, se puede observar este elemento con sus dimensiones más importantes y tolerancias dimensionales, que serán del orden de ±0.1mm.

Figura 4.11.12.11.- mango de madera, dimensiones en mm, a menos que se especifique otra cosa.


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4.11.13.- SOPORTE PRINCIPAL DE CAMARA DE TOSTADO.

El soporte principal de cámara de tostado, esta compuesto por 4 elementos principalmente.

- Dos ángulos de lados iguales 1 ¼” x 1/8”. - Dos ángulos de lados iguales de 1 ¼” x 1/8”, con cortes en las esquinas a

45°. Los ángulos son de tipo comercial de lados iguales de 1 ¼” con espesor de 1/8”, en total son dos ángulos de 15.97mm de largo y dos de 247.39mm de largo, estos últimos con cortes en las esquinas a 45°, cada ángulo cuenta con 2 agujeros de 7/16” para efectuar en ensamble, El material es Acero Inoxidable AISI 304/2B, la tolerancias se considerara de ±0.1mm en las dimensiones que destaquen el largo de cada elemento, se considera una tolerancia de calidad IT11 para las posiciones de los agujeros, el diámetro de los agujeros serán para tornillos de 7/16” de diámetro. En las figuras 4.26a y 4.26b, se observan los elementos con las tolerancias asignadas.

Figura 4.11.13.1.- ángulo de 1 ¼” x 1/8” con tolerancias en mm, a menos que se



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Figura 4.11.13.2.- ángulo de 1 ¼” x 1/8”, con cortes en las esquinas a 45°, con

tolerancias en mm, a menos que se especifique otra cosa

4.12. - DETERMINAR LOS MATERIALES DE CADA PARTE. El conocimiento de los materiales es de vital importancia, ya que sin este dato es difícil conocer si el material con el cual se esta trabajando puede ser sometido a soldadura o a tratamientos térmicos o recubrimientos superficiales, en la mayoría de las partes se utiliza Acero Inoxidable AISI 304 con acabado superficial tipo 2B, que es el acero grado alimenticio. Son 13 partes las que componen la cámara de tostado, en la tabla 4.12.1, se define el material del cual están hechos, así como su estándar, ósea si se manufacturaran a partir de lamina, barra, ángulo de acero inoxidable, además en la tabla se hace mención del tipo de acabado superficial con el que cuenta cada elemento, algunos vienen con el acabado de fabrica, otros, por el trabajo con soldadura, el trabajo en frió se deteriora su superficie, viéndonos en la necesidad de volver a lograr el acabado superficial deseado.


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Tabla 4.12.1. Materiales de cada componente del subconjunto cámara de tostado.

NOMBRE DE LA PARTE ESTANDAR MATERIAL

Distribuidor de café. Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B

Cilindro de cámara. Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B Soporte de cilindro de volteo. Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B

Cilindro de volteo. Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B Cono de cámara de tostado. Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B

Arillo de fijación de brida. Lámina de acero Inoxidable calibre 14. Acero Inoxidable AISI 304/2B Brida. Fundicion de Aluminio 1050 Aluminio AISI/SAE 1050.

Rejilla. Lámina perforada de acero inoxidable calibre 14. Acero Inoxidable AISI 304/2B

Tubo de distribuidor de

aire Tubo de 1 ¼” x 1/8”. Acero Inoxidable AISI 304/2B

Distribuidor de aire Alabes de

distribuidor de aire

Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B

Cono de transición de salida de aire caliente. Lámina de acero Inoxidable calibre 14. Acero Inoxidable AISI 304/2B

Cabina Lámina de acero Inoxidable calibre 14 Acero Inoxidable AISI 304/2B

Tapa frontal de compuerta.

Lámina de acero Inoxidable calibre 14. Acero Inoxidable AISI 304/2B

Tapa trasera de compuerta.

Lámina de acero Inoxidable calibre 14. Acero Inoxidable AISI 304/2B

Buje guía Redondo de ¾”. Acero Inoxidable AISI 304/2B

perno Redondo de 1 ½”. Acero Inoxidable AISI 304/2B

Compuerta de desahogo de

gases.

mango Abedul, con barniz incoloro ecológico, satinado ignifugo. Madera., abedul, panel.

Soporte principal de cámara de

tostado ángulo de 1 ¼” x 1/8”.

Angulo de 1 ¼” x 1/8”. Acero Inoxidable AISI 304/2B


tostado


tostado ángulo de 1 ¼” x 1/8”, con cortes a 45° en

ambas esquinas.

Angulo de 1 ¼” x 1/8”. Acero Inoxidable AISI 304/2B


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4.13. - DEDUCIR Y DESIGNAR LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS RECUBRIMIENTOS SUPERFICIALES, DE LAS PARTES Y DEL CONJUNTO.

Ninguno de los componentes de la cámara de tostado cuenta con recubrimiento superficial alguno, al ser todas las partes de acero inoxidable, esto permite no aplicar ningún recubrimiento superficial, como pinturas o esmaltes; es la ventaja de usar acero inoxidable, ya que el tostador trabajara con alimentos en el proceso de tostado de café, el material nos brinda la seguridad de que el grano no se contamina por oxidación del mismo, así como el acero inoxidable da una buena apariencia estética, el acero inoxidable cuenta es con un acabado superficial tipo 2B que viene de fabrica, y siempre se ve afectado al usar la soldadura o simplemente trabajando la lamina en los cortes y dobleces. El acabado superficial es el estado final de la superficie de una pieza, que depende del trabajo a que esté destinada así como de la apariencia que se desee dar a su terminación. Fundamentalmente se establecen tres tipos de acabados superficiales:

a. superficies en bruto. b. Superficies mecanizadas. c. Superficies tratadas.

Superficie en bruto es aquélla que se conserva tal como queda después del proceso de fabricación: laminación, forja, corte, etc. Superficie mecanizada es aquélla que se consigue mediante una mecanizado, bien con separación de virutas torneado, fresado, amolado, limado, bien un mecanizado especial -esmerilado, rasqueteado, pulido. Superficie tratada es aquélla superficie mecanizada que además precisa una apariencia externa o propiedades particulares niquelado, pintado, decapado, templado, etc. Independientemente de las propiedades externas que presentan las superficies, también se distinguen en ellas su uniformidad y alisado. En todas las partes soldadas se debe realizar un proceso muy sencillo, pero que si no se realiza de forma adecuada se puede provocar oxidación del acero y formación de esporas y hongos y por lo tanto bacterias que se pudiesen formar al trabajar con aire caliente, el proceso comienza con un descascarillado para eliminar la cascarilla que queda por someter el material a altas temperaturas, aunque la cascarilla es removida quedan manchas por termo coloración producto de la aplicación de la soldadura, entonces para deshacerse de ellas se procede a realizar un decapado y pasivazo del material, usando mezclas de acido nítrico o


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fluorhídrico, conseguida la eliminación de cascarilla y la formación de manchas por termo coloración, lo que resta es en la zona soldada, dar otra vez el acabado 2B, que es el acabado de tipo sanitario y el cual es el deseable para evitar la formación de bacterias, ya que nuestro equipo trabaja con elementos de grado alimenticio como lo es el café en grano. A todas las partes y componentes fabricadas en acero inoxidable, que sean objeto de ser soldadas, se les aplicara este procedimiento, que es eliminación de cascarilla y de cordón de soldadura, para dejar la unión plana y que las partes y componentes denoten un aspecto de ser una sola pieza, después decapado y pasivado, y posteriormente mediante abrasivos, lograr una vez mas el acabado superficial 2B, en la superficie sujeta a soldadura, esto con el fin de lograr formar una vez mas la capa pasiva que ayuda al acero inoxidable a tener esa característica de ser inoxidable y además hacer estético el equipo (Ver Anexo B). El mango se le hará un recubrimiento superficial con barniz incoloro para realzar la belleza natural de la madera. Hay 3 tipos principales de barnices: los estándar, Los ignífugos, Los exteriores. En este caso usaremos el barniz ignifugo, para la protección contra el fuego, es preciso aplicar un barniz ignífugo sobre los mangos a fabricar y los acabados o barnizado, puede ser: Barniz satinado ignífugo, Barniz extramate ignífugo, para nuestro caso se escogerá barniz satinado ignifugo.

4.14. - IDENTIFICAR LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LOS

COMPONENTES QUE LOS TENGAN Y ESPECIFICARLOS. El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La mayoría de los elementos mecano soldados llevan un tratamiento superficial de eliminación de cascarilla y cordón de soldadura, para dejar la unión plana, y por ende, el decapado y pasivado de la unión por ser esa la zona afectada por el calor de la soldadura, pero ya tratada, se genera el acabado superficial tipo 2B, mediante abrasivos, para que el tostador tenga buena estética, además que lo mas importante seria que este acabado esta catalogado como un acabado de tipo sanitario. Como vemos, en si no es un tratamiento térmico el que se realiza en las partes y componentes de la cámara de tostado, sino mas bien son tratamientos superficiales o mejor ducho acabados superficiales, para mejorar la apariencia de la cámara de tostado, y regresarle su característica de acero tipo grado sanitario, que pierde cuando se aplica el proceso de soldadura.


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4.15. - ASIGNAR NOMBRES, NÚMEROS DE PARTE Y NÚMEROS DE DIBUJO, A CADA COMPONENTE DEL PRODUCTO, ASENTÁNDOLOS EN LOS

FORMATOS DE REGISTRO ASIGNADOS PARA ELLO.

En la sección 4.8 se diseño el formato para el control de dibujos. A continuación se hace uso de este formato para identificar las partes que componen la cámara de tostado.

Tabla 4.15.1. Formato de control de dibujos

Lista de partes y componentes Subconjunto Cámara de tostado.

SCJ Nombre de la parte N° 3 Ubicación. Subconjunto cámara de tostado. 3. A0 – 001.

Distribuidor de café. • Desarrollo del distribuidor de café.

3.1. 3.1a.

A4 – 001. A4 – 002.

Cilindro de cámara. • Desarrollo del cilindro de cámara.

3.2. 3.2a.

A2 – 001. A2 – 002.

Soporte de cilindro de volteo. 3.3. A4 – 003. Cilindro de volteo 3.4. A3 – 002.

Conjunto Cono de cámara de tostado. • Cono de cámara de tostado • Desarrollo de cono de cámara de tostado • asiento de mirilla. • Tapa de mirilla • Mirilla.

3.5. 3.5a. 3.5b. 3.5c. 3.5d. 3.5e.

A2 – 003. A2 – 004. A3 – 003. A4 – 004. A4 – 005. A4 – 006.

Arillo de fijación de brida. • Desarrollo del arillo de fijación de brida.

3.6. 3.6a.

A4 – 007. A3 – 003.

Brida. 3.7. A2 – 005. Rejilla. 3.8. A4 – 008.

Distribuidor de aire. • Tubo de unión de alabe. • Alabe.

3.9. 3.9a. 3.9b.

A3 – 004. A4 – 009.

A4 – 0010. Cono de transición de salida de aire caliente.

• Método para desarrollo de cono de transición. • Desarrollo de cono de transición.

3.10. 3.10a. 3.10b.

A3 – 005. A3 – 006. A3 – 007.

Conjunto Cabina • Cabina. • Desarrollo de cabina. • Asiento de mirilla. • Tapa de mirilla. • Mirilla.

3.11. 3.11a. 3.11b. 3.11c. 3.11d. 3.11e.

A2 – 006. A2 – 007. A3 – 008. A4 – 011. A4 – 012. A4 – 013.

Compuerta de desahogo de gases. • Tapa frontal de compuerta. • Desarrollo de tapa frontal. • Tapa trasera de compuerta. • Desarrollo de tapa trasera de compuerta. • Buje guía. • Perno. • Mango

3.12. 3.12a. 3.12b. 3.12c. 3.12d. 3.12e. 3.12f. 3.12g.

A2 – 008. A3 – 008. A3 – 009. A4 – 014. A3 – 010. A4 – 015. A4 – 016. A4 – 017.

Cám

ara

de to

stad

o.

Soporte principal de cámara de tostado. • Soporte principal de cámara de tostado ángulo de 1 ¼” x 1/8”. • Soporte principal de cámara de tostado ángulo de 1 ¼” x 1/8”, con cortes a

45° en ambas esquinas.

3.13. 3.13a. 3.13b.

A3 – 011. A4 – 018. A3 – 012.


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4.16. - ELABORAR PLANOS DE CONJUNTO Y DE SUBCONJUNTOS, INTEGRÁNDOLOS A PARTIR DE LA INFORMACIÓN CONTENIDA EN LOS

PLANOS ELABORADOS DE CADA COMPONENTE.

La elaboración de los planos de conjunto cámara de tostado y de los subconjuntos se hará con base a las normas de dibujo planteadas por la ISO y por la NOM. Del tamaño del papel: Se han usado para la representación grafica de los conjuntos y subconjuntos, así como de los componentes de la cámara de tostado, diversos tamaños de hojas, de acuerdo a la norma mexicana, NOM – M19 -1965, cuyo titulo es “DIMENSIONES NORMALES DE PAPELES PARA ESCRITURA Y PARA CIERTAS CLASES DE IMPRESIO”, la cual fue elaborada con el objeto de establecer un sistema de formatos de papeles basados en el sistema métrico decimal. Los tamaños de los formatos se muestran en la tabla.

FORMATO ALTURA (mm). ANCHO (mm). A0 1189 841 A1 841 594 A2 594 420 A3 420 297 A4 297 210 A5 210 148

De la representación grafica normalizada de los objetos: La representación grafica de los objetos o comúnmente llamado vistas, estará en el sistema europeo o de primer cuadrante, denotándolo por un símbolo colocado en el cuadro de referencia, la vista principal será la frontal y de ahí de desprenden las demás que serán vistas auxiliares, en la figura 4.16.1, se muestra la representación de vistas auxiliares por sistema europeo. Para la elección de las vistas de un objeto, seguiremos el criterio de que estas deben ser, las mínimas, suficientes y adecuadas, para que la pieza quede total y correctamente definida. Seguiremos igualmente criterios de simplicidad y claridad, eligiendo vistas en las que se eviten la representación de aristas ocultas. En general, y salvo en piezas muy complejas, bastará con la representación de la vista frontal una, la vista superior y una vista lateral, según sea el caso. En piezas simples bastará con una o dos vistas. Cuando sea indiferente la elección de la vista de perfil, se optará por la vista lateral izquierda, que como es sabido se representa a la derecha de la vista frontal, tal como se observa en la figura 4.16.1, en el sistema europeo.


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Figura 4.16.1.- representación grafica normalizada, Sistema europeo. Cuando una pieza pueda ser representada por su vista frontal y superior o por la vista frontal y una vista lateral, se optará por aquella solución que facilite la interpretación de la pieza, y de ser indiferente aquella que conlleve el menor numero de aristas ocultas En los casos de piezas representadas por una sola vista, esta suele estar complementada con indicaciones especiales que permiten la total y correcta definición de la pieza:

1. en piezas de revolución se incluye el símbolo del diámetro, ver figura 4.16.2a.

2. En piezas prismáticas o tronco piramidales, se incluye el símbolo del

cuadrado y/o la "cruz de San Andrés", figura 4.16.2b. 3. En piezas de espesor uniforme, basta con hacer dicha especificación en

lugar bien visible en la figura 4.16.2c se observa dicho detalle. Con el objeto de conseguir representaciones más claras y simplificadas, ahorrando a su vez tiempo de ejecución, pueden realizarse una serie de representaciones especiales de las vistas de un objeto. Tales como son las vistas auxiliares oblicuas, vistas de detalles, vistas de secciones y vistas de desarrollos, que son las que comúnmente usaremos en nuestros planos.


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Figura 4.16.2.- figuras representadas por una sola vista.

De las tolerancias y ajustes dimensionales:

La inevitable variación en la obtención de las dimensiones de piezas procesadas por medios mecánicos, se hace indispensable el establecimiento de sistemas racionales que permitan fijar los valores tolerables entre los que debe estar comprendida una dimensión dada. En los inicios del desarrollo industrial, la fabricación por medios mecánicos se fundamentaba en la habilidad artesanal de los técnicos de la época. Cada pieza importante se terminaba y ajustaba según lo requerían las dimensiones de las piezas en las que se ensamblaba. Estos procedimientos lentos y costosos no permitían el intercambio y sustitución rápida de las piezas que es la base de la producción industrial contemporánea. Mas adelante, se considero conveniente especificar tolerancias a las dimensiones más importantes de cada pieza. De acuerdo con las funciones que deberían cumplir, cada técnico conforme a su experiencia e intuición, estimaba y especificaba los límites tolerables. Lógicamente, lo que a un técnico le parecía un ajuste con “juego pequeño” a otro le parecía mas bien “amplio”. Finalmente, con objeto de unificar criterios (finalidad de la normalización), se formaron comités de diferentes países en la Organización Internacional de Normalización (ISO), para estudiar y definir un sistema de uso internacional relativo a las tolerancias y ajustes para las piezas lisas. Actualmente, aunque se siguen efectuando revisiones a las recomendaciones ISO R 286/1963, la mayoría de los países industrializados la aceptan y utilizan comúnmente. La versión mexicana de esta norma, se publico en 1973, con el numero NOM – Z23/1973, misma que se utiliza en el presente trabajo.


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4.17. - COMPROBAR QUE EL PLANO DE CONJUNTO Y SUS COMPONENTES,

CORRESPONDEN AL PRODUCTO ORIGINALMENTE SELECCIONADO O A UNO SUPERIOR AL MISMO.

La comprobación se podrá hacer por medio de los datos vertidos en cada plano del conjunto, subconjuntos y componentes, ya a estos se les ha previsto de un número de identificación, al checar la lista de materiales ahí se podrá observar la ubicación de cada elemento con respecto a los dibujos.

CAPITULO V RESULTADOS Y DISCUSIONES

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CAPITULO V.

RESULTADOS Y DISCUSIONES.


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5.1 INTEGRAR EL EXPEDIENTE TECNOLÓGICO DE DEFINICIÓN DEL PRODUCTO, CON LOS DIBUJOS Y ESPECIFICACIONES DEDUCIDOS, LA

MEMORIA DE CÁLCULOS Y LAS JUSTIFICACIONES TÉCNICAS EFECTUADAS.

El expediente tecnológico de definición quedara integrado por los dibujos, obtenidos en el capitulo IV, pero ya en un formato de dibujo industrial apropiado y no como esquemas, además de contener los cálculos de los desarrollos y algunas justificaciones y modificaciones hechas a algunos diseños y formas En el anexo A, se incluyen los dibujos de detalle obtenidos a través del proceso de extracción de tecnología, los cálculos y las justificaciones técnicas se encuentran en el capitulo IV y no se incluyen en el anexo para no redundar mucho en el tema.

5.2 ELABORAR LAS CONCLUSIONES DE TRABAJO REALIZADO, REGISTRANDO LOS ASPECTOS MÁS RELEVANTES ENCONTRADOS,

DURANTE EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE TECNOLOGÍA.

El beneficio que ha traído el proceso de extracción de tecnología es el de la generación de la tecnología de definición y posteriormente de la tecnología de fabricación que se llevo a cabo conjuntamente con la empresa que se aventuro a realizar dicho proyecto.

Del expediente tecnológico de definición. Es una ventaja tener un expediente tecnológico de definición del producto en cuestión, ya que esto nos permite tener la información precisa y a la mano del conjunto cámara de tostado, así como todos los aspectos técnicos, planos de definición, información de materiales, partes y componentes, acabados superficiales y tratamientos térmicos se encuentran en este documento. Al generar planos de definición o de detalle de todas y cada una de las partes que componen el subconjunto cámara de tostado así como del ensamble del mismo, se ha logrado el cambio y sustitución rápida de las partes y componentes, cuando estas sufren algún daño o deterioro o simplemente cuando se quiere escoger una pieza cualquiera, sin necesidad de tener la zozobra de si va a ensamblar correctamente o no, esto quiere decir que hemos logrado ínter cambiabilidad en las partes, aspecto necesario y básico en una empresa que desarrollo maquinaria y equipo de tipo industrial, a niveles de producción industrial contemporánea, además, se ha evitado el “retrabajo”, esto quiere decir, que una vez que el componente llega a planta, se tenga que volver a trabajar en el, debido a los errores en cuanto a definición de formas o geometrías, así como de tolerancias y ajustes dimensionales, además de que los planos de detalle contienen información básica pero muy concisa y precisa de las formas de los objetos, las cuales han ayudado a evitar los contratiempos que antes se tenían al no existir los planos


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adecuados que auxiliaran a la comprensión de la manufactura y el ensamble de los mismos componentes.

De la identificación de los materiales. En la actualidad esta disponible una mayor variedad de materiales, cada uno con sus propias características, aplicaciones, ventajas y limitaciones. Conforme se van desarrollando nuevos materiales, la selección de los materiales apropiados se convierte cada vez mas en un reto, en todos los productos a nivel nacional e internacional se observan tendencias en continuo movimiento en el uso de materiales, tendencias impulsadas principalmente por consideraciones económicas, de propiedades de los materiales y apariencia, vida de servicio, reciclaje, etc.

1. Propiedades de los materiales.

Al considerar los materiales para los productos se considera en una primera instancia sus propiedades mecánicas: resistencia, tenacidad, ductilidad, dureza, elasticidad, fatiga y cadencia. Las propiedades mecánicas especificas para un producto y sus componentes deberán naturalmente ser apropiados a las condiciones bajo los cuales se espera funcione el producto.

Otro punto son las propiedades físicas: densidad, calor específico, dilatación y conductividad térmica, punto de fusión y propiedades eléctricas y magnéticas. Las propiedades químicas también juegan un papel importante, tanto en entornos hostiles como normales, la oxidación, corrosión, degradación general de las propiedades, toxicidad e inflamabilidad de los materiales están entre los factores importantes que se deben de considerar. Las propiedades de manufactura o la manufacturabilidad de un material, determina si pueden ser fundidos, formados, maquinados, soldados, o sujetos a tratamientos térmicos con relativa facilidad. Los métodos utilizados para procesar los materiales hasta la forma deseada pueden afectar de manera adversa las propiedades finales, vida de servicio y el costo del producto.

2. costo y disponibilidad.

El costo y la disponibilidad de los materiales en bruto y procesados y de los componentes manufacturados son consideraciones de importancia en la manufactura. Los aspectos económicos de la selección de los materiales


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son tan importantes como las consideraciones tecnológicas de las propiedades y de las características de los mismos. Si no hay disponibles materias primas procesadas o componentes manufacturados en la forma, dimensión y cantidad deseadas, se hará necesario recurrir a sustitutos y/o a procesamiento adicional y estos pueden contribuir de manera significativa al costo del producto.

3. apariencia, vida de servicio y reciclado.

La apariencia de los materiales una vez que han sido manufacturados los productos influencia su atractivo hacia el consumidor final. El color, la sensación, y la textura superficial son características que todos consideramos al tomar una decisión sobre la adquisición de un producto. Son fenómenos importantes que dependen del tiempo y del servicio como el desgaste, la fatiga, el deslizamiento y la estabilidad dimensional. Estos fenómenos pueden afectar de manera significativa el desempeño de un producto y, de no ser controlados, pueden llevar a la falla total del mismo. De manera similar, es importante la compatibilidad de los materiales que se utilizan en un producto. La fricción y el desgaste, la corrosión y otros fenómenos pueden reducir la vida de un producto o hacer que falle de manera prematura. Un ejemplo es la corrosión galvanica ente partes en contacto fabricadas con materiales diferentes. El reciclado de los materiales o la eliminación apropiada de sus componentes, al final de la vida del servicio útil del producto, se ha tornado importante, conforme la sociedad se ha hecho más conciente en la necesidad de conservar los recursos y de mantener un entorno limpio y saludable.

Por estas razones ha sido importante la determinación de los materiales de cada parte del subconjunto, la determinación de el tipo de material y su estándar es determinante en un proceso de producción de tipo industrial, para poder determinar oportunamente los tiempos de fabricación de las partes en función del tiempo de entrega del estándar (materia prima) por parte de nuestro distribuidor. La mayoría de las partes y componentes del conjunto cámara de tostado son del tipo acero inoxidable AISI 304L/2B, por normas dictadas por la FDA en estados unidos y por el proyecto de norma NOM-068-SSA1-93 y la norma NMX-B-176-1991 se eligió este tipo de acero, además, por ser un acero con propiedades físicas y químicas excepcionales, resiste bien a la corrosión, tiene un trato amable con los alimentos ya que no hay peligro de contaminación por oxidación, además de que con el acabado pulido a espejo evitamos la formación de esporas y hongos


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en las paredes del equipo, su soldabilidad es buena, una de sus desventajas es que al trabajarlo en frió tiende a endurecer superficialmente, y su apariencia estética es excelente, se le considera un acero de tipo arquitectónico, hace que el equipo sea agradable a la simple vista. En las figuras 5.2.1 y 5.2.2, podemos apreciar algunas fotos del tostador de café ya terminado, ensamblado y listo para venderse. En las imágenes se pueden observar algunas modificaciones que el propio proceso de extracción de tecnología y a través del trabajo y la experiencia arrojaron para bien del tostador de café. Se observan en las figuras conjuntos como la chimenea, la tobera recolectora de pajilla, la tobera de descarga, la tolva de alimentación, la cámara de tostado, el tablero de control y la base principal de tostador.

Figura 5.2.1.- vista lateral del tostador de café ya ensamblado, probándose para entregarse a un cliente, nótese el acabado superficial que es de tipo pulido a

espejo, fue requerido especialmente por el cliente.


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También se puede observar que el acabado superficial es de tipo pulido a espejo, esto es porque se hizo de acuerdo a las especificaciones de un cliente, que prefirió el acabado pulido a espejo en lugar del acabado 2B, esencialmente los dos acabados son considerados del tipo sanitario, solo que el acabado espejo es mas vistoso y mas elegante a la vista, da un aspecto de mas seguridad en cuanto a que no existirá contaminación del material, este es el primer equipo que se hizo ya una vez que se contaba con el expediente tecnológico de definición.

Figura 5.2.2.- vista lateral derecha del tostador de café, ahí se notan elementos como la tolva de alimentación, la tolva de descarga, la chimenea y la cámara de

tostado, así como la base y el ventilador. En la figura 5.2.3 y 5.2.4 podemos observar mas ampliamente la sección que comprende la base del tostador, el ventilador y el tablero de control, se si observa han existido también modificaciones con respeto al modelo inicial, haciéndolo mas fácil de instalar y de manejar, así como de ensamblar, el proceso de extracción de tecnología hay que recordar que se aplico a cada conjunto, el presente trabajo


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comprende el conjunto cámara de tostado únicamente, los demás conjuntos se asignaron a otro grupos de trabajo para su realización y modificación, aun así fue un trabajo multidisciplinario y en equipo para lograr que los conjuntos tuvieran como premisa la ínter cambiabilidad en sus partes por ser productos de tipo industrial. Aquí, en la figura 5.2.3, se observa la base del tostador, hubo algunas modificaciones en el mismo, las modificaciones han sido benéficas para el mejor manejo y ensamble del equipo, se le ha provisto de niveladores en la parte de abajo, para poder ponerlo a nivel si es que el piso esta desnivelado, cosa que con los modelos anteriores no se podía lograr.

Figura 5.2.3.- imagen de la base del tostador, nótese que ha habido modificaciones en la misma con el fon de poder hacer más fácil su instalación,

cuenta con un nuevo sistema de niveladores.

En la figura 5.2.4, tenemos el ventilador, así como el tablero de control, montados sobre la base del ventilador, también hubo modificaciones en estos componentes, haciéndolos mas estéticos, vaya, mas bonitos a la vista del comprador, y además de eso mas funcionales y se logro lo que tanto se buscaba, que se lograra la ínter cambiabilidad en las partes y componentes, cuestión fundamental en la industria moderna. Cabe destacar que la pintura utilizada es de tipo acrílica, como la que se usa en el recubrimiento de los automóviles, es una pintura muy pero muy resistente a los impactos y a las inclemencias del trabajo rudo que tendrá este equipo.


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Figura 5.2.4.- imagen donde se puede observar el tablero de control, y el ventilador, ya montados sobre la base del tostador, nótese que el diseño fue

modificado en comparación con los primeros equipos.

De los recubrimiento y acabados superficiales. En la cuestión de los recubrimientos superficiales podemos aclarar que ninguno de los componentes de la cámara de tostado cuenta con recubrimiento superficial alguno, todas las partes y componentes del subconjunto cámara de tostado se fabrican de acero inoxidable, a excepción de las bridas y el mango de la compuerta de desahogo de gases, la ventaja de que usemos acero inoxidable radica en que el material nos brinda la seguridad de que no tendera a oxidarse por ninguna de las dinámicas de oxidación existentes, al no oxidarse el material no se contaminara el grano de café que se esta procesando dentro del interior de la cámara de tostado. Por otro lado, la apariencia del acero inoxidable es agradable a la vista, lo que en la actualidad lo ha hecho un acero de tipo arquitectónico y en la mayoría de las construcciones, transportes etc., se ha venido utilizando por su apariencia vistosa y que da una seguridad de limpieza y buena estética.


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El acero inoxidable cuenta con un acabado superficial tipo 2B, este acabado es como nos llega de fabrica, cuando se usa soldadura o simplemente con el trabajo de la lamina en cuanto a cortes y dobleces, este acabado se ve afectado, además de ser el acabado superficial que nos entrega el proveedor, esta comprobado a través de institutos como Por este motivo en todas las partes y componentes hechas de acero inoxidable que sean sometidas a soldadura o que sean trabajadas en frió, mediante procesos de corte y doblez, que modifiquen la apariencia estética de la lamina, se les deberá de hacer un proceso muy sencillo, pero sistemático, que se propone en el presente trabajo, para poderle regresar a las partes su estética y quitar la oxidación superficial por aplicación de soldadura y por raspones y ralladuras en la lamina, si este proceso no se realiza de forma adecuada y en tiempo y forma, podemos tener problemas por contaminación de grano por los óxidos desprendidos de la lamina, así como la formación de hongos y esporas producto de la humedad que se puedan formar en las ralladuras y raspones. Se inicio con un descascarillado, esto quiere decir, eliminar la cascarilla que se genera por someter al material a altas temperaturas, además de desbastar el cordón de soldadura para dejar la unión plana, aunque la cascarilla fue removida quedaron manchas por termo coloración, por la aplicación de soldadura, se procedió a la eliminación de estas manchas mediante un decapado y pasivado del material, usando mezclas de acido nítrico o fluorhídrico, una vez que se logro la eliminación de cascarilla y la formación de manchas por termo coloración el paso que siguió es dar otra vez a la zona soldada y ya tratada el acabado tipo 2B, que es el acabado de tipo sanitario y el cual es el deseable para evitar la formación de bacterias, ya que nuestro equipo trabaja con elementos de grado alimenticio como lo es el café en grano. En todas las partes y componentes fabricados en acero inoxidable, que fueron objeto de ser soldadas, se les aplico este procedimiento, que es eliminación de cascarilla y de cordón de soldadura, para dejar la unión plana y que las partes y componentes denoten un aspecto de ser una sola pieza, después decapado y pasivado, y posteriormente mediante abrasivos, se logro el acabado superficial 2B, en la superficie sujeta a soldadura, esto se hace con el fin de lograr que se forme una vez mas la capa pasiva que ayuda al acero inoxidable a tener esa característica de ser inoxidable y además hacer estético el equipo. El mango se le hará un recubrimiento superficial con barniz incoloro para realzar la belleza natural de la madera. Hay 3 tipos principales de barnices:

• el estándar. • Los ignífugos. • Los exteriores.


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En este caso usaremos el barniz ignifugo, para la protección contra el fuego, es preciso aplicar un barniz ignífugo sobre los mangos a fabricar y los acabados o barnizado, puede ser:

• Barniz satinado ignífugo. • Barniz extramate ignífugo.

Para nuestro caso se escogerá barniz satinado ignifugo dentro de sus caracteristicas destaca que es un barniz sin olor, sin solventes orgánicos derivados del petróleo y sin agresiones para el ser humano, además de ser resistente al fuego. En la figura 5.2.5, se observa en la abertura donde va ensamblado el distribuidor de café el efecto de la soldadura que mancha a la lamina, también se puede observar este efecto en todo el contorno donde ensamblan el cono y el cilindro de la cámara de tostado.

Figura 5.2.5.- cilindro de cámara de tostado y cono de cámara de tostado

ensamblados por soldadura.


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Los efectos de la termo coloración por aplicación de soldadura una vez se hacen visibles, en la figura 5.2.6 se observa este fenómeno, el cual posteriormente se va a corregir por descascarillado, eliminación de cordón de soldadura, pasivado y decapado y por ultimo acabado superficial tipo 2B, alternativamente, dependiendo del gusto del cliente y de los alcances económicos también, ya que un acabado a espejo se puede elevar el costo del material hasta el doble, por el procesamiento adicional que implica este acabado. Aunque hemos eliminado el deterioro de la lamina de acero inoxidable por rayones y raspones producto del trabajo en rolado y corte de la lamina, es difícil evitar las manchas por termo coloración, producto de la aplicación de soldadura. Uno de los métodos de evitar que la lamina se nos dañe por el constante trabajo ha sido el de solicitarle a nuestro proveedor que nos proporcione los materiales con un recubrimiento plástico, este plus es costoso, pero una forma mas usual y que ha dado resultado es el de cubrir los elementos con papel periódico y engrudo, y así hemos evitado los daños en el material, haciendo únicamente necesario el trabajo de acabado superficial sobre la zona afectada por la soldadura, la remoción de el papel periódico se hace mediante corros de agua tibia o caliente, una solución no muy costosa, fácil e ingeniosa.

Figura 5.2.6.- ensamble del cono con el cilindro de cámara.


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El volver a darle el acabado superficial a la pieza, especialmente en la zona afectada por la soldadura es un trabajo, sino laborioso si bastante preciso, en la figura 5.2.7 y 5.2.8, podemos observar al operador llevando a cabo los procedimientos anteriormente citados para obtener un producto de buena calidad y por si fuera poco estético. En la figura se puede ver que el operador esta eliminando el cordón de soldadura por la parte de afuera y la cascarilla, posteriormente se procede a eliminar el cordón de adentro y también la cascarilla formada, después se le hace el proceso de decapado y pasivado, y se termina haciendo el acabado superficial tipo 2B. Para este caso, el de la imagen se requiere un acabado pulido espejo, por ser así como el cliente lo solicito, por lo que a todo el conjunto se le deberá de aplicar el acabado pulido a espejo.

Figura 5.2.7.- eliminación del cordón de soldadura, y descascarillado de la zona afectada por el calor producto de la aplicación de soldadura en el cilindro de cámara, nótese que ya tiene ensamblada la tolva de alimentación de grano.

En la figura 5.2.8 se observa otra vista del proceso de eliminación del cordón de soldadura y del descascarillado, en esta imagen se puede observar la variación en la coloración del material producto de la aplicación de calor por el método de soldadura GTAW, seria mas fácil únicamente eliminar el cordón y descascarillar, pero a corto plazo la zona tendría una coloración ahora de color amarillenta, que


140

es una oxidación superficial que sufre el material de forma natural para evitar que el efecto de oxidación se extiende al centro del material, una forma es limpiar solo la zona, pero lo mejor siempre será decapar y pasivar mediante la aplicación de acido nítrico o acido fluorhídrico, para acelerar el proceso de pasivado natural del material.

Figura 5.2.8.- tratamiento de superficie para eliminar cordón de soldadura y cascarilla, con el objeto de dejar la zona plana y posteriormente aplicando el

acabado superficial se note como una sola pieza y de buen aspecto. En la figura 5.2.9, podemos observar la base del tostador y la cabina, en la parte inferior se nota instalado el mango de la compuerta de desahogo de gases, que se diseño para poder hacer más fácil y más practico el movimiento de dicha compuerta. Para la manufactura del mango se eligió una madera que se conoce como abedul, así como un recubrimiento con barniz de tipo ignifugo que dará un aspecto de tipo satinado a la madera. Este tipo de barniz, como ya se comento anteriormente es inoloro y es resistente al fuego, esto quiere decir que no se enciende si es que existiera algún contratiempo con el equipo.


141

Figura 5.2.9.- en la imagen se observa la implementación del mango de la compuerta de salida de gases, elemento que ayuda a hacer más fácil su

operación.

De los tratamientos térmicos.

El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Ningún elemento tiene tratamiento superficial alguno, solo acabados superficiales. Las ventajas de la utilización del método de extracción de tecnología es que en el mundo entero, se ha usado este método en todas las épocas, por esta razón han existido competencias muy cerradas y fuertes entre diferentes fabricantes de un mismo producto, pues uno desea conocer las tecnologías que el otro utiliza para poder desarrollar su propio producto y ganar mercado en base a las mejoras del mismo. Es de esta forma como se llevo a cabo el proceso de extracción de tecnología, teniendo como resultado la mejora de un satisfactor, mejora redonda, esto porque se mejoraron las definiciones de formas y especificaciones para la manufactura y


142

el ensamble, esto derivo en la obtención de planos de definición del conjunto y cada uno de sus subconjuntos y también se logro mejorar y hacer mas ágil el proceso de manufactura del mismo, para de estar forma poder responder al demandante mercado actual, que requiere respuesta rápida a las necesidades cambiantes en el mercado. Se hizo un trabajo de tipo multidisciplinario, donde diferentes ramas de la ingeniería, como la eléctrica, la electrónica y la mecánica, trabajaron unidas para la buena conclusión y mejora de este satisfactor que es el tostador de café, logrando hacer en síntesis, un equipo mas fácil de fabricar y mas fácil de manejar.

5.3 REGISTRAR LAS MEJORAS POSIBLES, PARA UN PRÓXIMO MODELO

DEL MISMO PRODUCTO.

La mejora de un satisfactor siempre será fundamental y en todo momento será a favor de su mejoramiento y nunca de su detrimento o encarecimiento, los mercados cambiantes y altamente competitivos hacen necesario el siempre estar pensando en hacer del producto algo nuevo, novedoso, fácil de instalar, de manejar, vistoso, barato y que mínimo se apegue a las características que otros satisfactores o productos ofrecen, si esas caracterizas las sobrepasamos será un plus para nuestro equipo y tendremos la posibilidad de incursionar en el mercado de forma exitosa y siempre por encima de nuestros principales competidores. Una de las mejoras para productos posteriores o para el mismo modelo, seria la instalación de un material aislante. La lamina de acero inoxidable tiende a calentarse por medio de conducción, ya que adentro de la cámara de tostado el aire llega a una temperatura de entre los 200°C a los 220°C, al circular el aire, poca es la transferencia de calor que existe hacia la lamina, digamos que la lamina alcanza unos 10°C o 15°C, pero seria bueno hacer un prototipo para conocer cuanta energía calorífica se logra mantener dentro de la cámara de tostado, ya que al calentarse la lamina, esta energía calorífica se disipa en el medio ambiente a través de convección y no tanto el grano, con un aislante térmico, podríamos lograr que el calor que se le transmite a la lamina lo podamos mantener dentro de la cámara de tostado y de esta forma reducir el tiempo del proceso de tostado del café. Los diferentes tipos de materiales aislante se listan a continuación, cabe destacar que se tendrá que hacer el estudio pertinente para saber cual de los diferentes tipos de materiales aislantes es el mas adecuado de acuerdo a nuestra aplicación, se tendrá que construir un equipo prototipo con la aplicación de este material aislante, y pues como se debe de hacer, llevar a cabo pruebas con este equipos prototipo para conocer la viabilidad de llevar a cabo la utilización del material aislante.


143

Tabla 5.3.1. Materiales aislantes más comunes.

Materiales aislantes comunes. Nombres.

Aislamientos.

• Asbestos. • Cementos aislantes. • Elastómeros. • Espuma de poliestireno. • Espuma de poliuretano. • Fibra de vidrio. • Fibra de vidrio texturizada. • Lana mineral. • Poliestireno extruido. • Polietileno. • Reusables y desmontables. • Silicato de calcio. • Silicato de sodio. • Vermiculita. • Vidrio celular.

Aislantes y refractarios.

• Concretos, morteros, plásticos y apisonables.

• Fibra cerámica. • Refractarios.

Acabados y selladores.

• Acabados metálicos de acero inoxidable.

• Acabados metálicos galvanizados.

• Acabados de PVC. • Fieltro e impermeabilizantes. • Pegamentos y selladores. • Pinturas y acabados. • Plástico reforzado.

Materiales complementarios.

• Cemento transmisor de calor. • Cintas anticorrosivas. • Mallas y membranas. • Material de soporte. • Textiles.

También es bueno conocer en cuanto se incrementaría el precio de nuestro producto, así como cuanto se reduce de consumo de energéticos, debido a la disminución de tiempo de tostado que en consecuencia nos traerá la utilización de aislante térmico.


144

Otro punto muy importante y el cual se puede aplicar a este equipo es de la automatización, se comentaba que seria bueno el lograr que el equipo trabajara de forma automática, con solo hacer unos cuantos procedimientos y que se obtuviera el grado de coloración del café deseado, en un futuro se espera poder diseñar un equipo provisto de sistemas de control y automatización que permitan controlar el ciclo de tostado del café, para reducir al mínimo el tiempo que el operador le tiene que dedicar a la maquina para lograr el grado de tostado deseado. La automatización se define como el proceso de hacer que las maquinas sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o ninguna mano de obra, usando equipos y dispositivos especializados que ejecutan y controlan el proceso que se quiera automatizar. En todo su potencial la automatización, se logra usando diversos dispositivos, sensores, actuadotes, técnicas y equipo capaces de observar y controlar todos los aspectos del proceso o ciclo de trabajo de una maquina, de tomar decisiones acerca de los cambios que se deben de hacer en la operación y controlar todos los aspectos de esta. Para nuestro equipo será necesario controlar el tiempo de tostado, el encendido y apagado automático del motor y de la flama, que tendrá que estar bien sincronizado, el tiempo de tostado es muy importante ya que de este dependerá la coloración que quisiéramos obtener en el grano de café, la coloración tiene que ver con el sabor mismo que tendrá el café, un tueste expresso tiene un sabor quemado, fuerte y dulce, mientras que un tostado canela tiene un sabor como de nuez, con alto nivel de acidez, como se explico en el capitulo I. El control y automatización del equipo se hará con dispositivos hechos especialmente para lograr controlar el grado de coloración que deseemos de nuestro café tostado. Este objetivo se llevara a cabo de igual forma, que como se hizo con el proceso de extracción de tecnología, será un trabajo multidisciplinario, donde ingenieros, eléctricos, electrónicos, de automatización y control, e ingenieros mecánicos, unan esfuerzos para poder llevar a bien la automatización del equipo. Ya que puede ser que se necesiten modificar las formas geométricas para poder ensamblar los elementos de control y automatización, trayendo como consecuencia una modificación en la manufactura de las partes y componente del tostador de café. Será bueno analizar antes de echar a andar el proceso de automatización, el costo - beneficio que esto nos puede traer a nosotros como fabricantes del equipo y que impacto tendrá en nuestro cliente final, una vez que este equipo salga a la venta.


145

5.4 ANALISIS DE RESULTADOS.

Mediante el presente trabajo se alcanzo la meta de que persigue la extracción de tecnología, que es proceder mediante un modo ordenado sobre un producto (pieza, dispositivo, sistema o planta industrial) para sacarle u obtener el conjunto de características y propiedades que lo definen, para vaciarlas en documentos técnicos gráficos que sirvan como referencia para fabricar una nueva versión del producto en estudio. Las actividades que se llevaron a cabo y que permitieron alcanzar la evolución de la cámara de tostado se listan a continuación.

1. se estimulo la investigación dentro de la industria, se llevo a cabo un proceso de búsqueda de datos para validar las modificaciones y nuevas propuestas con respecto al tostador de café.

2. se logro la integración de las diferentes ramas del conocimiento de la ingeniería todas ellas ayudando a justificar las características que son supuestas en un principio y las cuales son basadas en la poca o mucha experiencia que se tenga respecto al producto con el cual se trabajo, en este caso con el tostador de café y mas en particular con la cámara de tostado.

3. llevamos a cabo un proceso de enseñanza aprendizaje pues el producto ya

existía, pero de el se tuvo que extraer toda la información necesaria para después definirlo correctamente, con bases de ingeniería y posteriormente fabricarlo.

Los resultados obtenidos al final del arduo y multidisciplinario trabajo que se efectuó en el proceso de extracción de tecnología fueron muy alentadores para la industria, en especial porque se consiguió la mejora del tostador de café, la intercambiabilidad de las partes y mediante esto se logro hacer un producto de buena calidad y competitivo en el mercado tan cambiante y exigente que se tiene en la actualidad. En las figura 5.4.1 y 5.4.2, se muestran dos imágenes donde se observa el primer tostador de café que se fabrico después de haber realizado el proceso de extracción de tecnología en todos sus conjuntos, en la foto se ve el tostador listo para salir a la venta, ya una vez que se probo y se garantizo el funcionamiento del mismo. Cabe destacar que fue un trabajo multidisciplinario, donde diversas ramas de la ingeniería trabajaron para llevar a bien la culminación de este proyecto.


146

Figura 5.4.1.- vista trasera del tostador de café, listo para su venta después de haber sido probado.


147

Figura 5.4.2.- vista lateral derecha del tostador de café, listo para su venta después de haber sido probado.

Conclusiones

148

CONCLUSIONES. En la actualidad existen muchas empresas en México que elaboran sus productos de forma artesanal, provocando que sus lentos tiempos de respuesta en un mercado tan competitivo y cambiante sean risorios en comparación con empresas que generan productos de forma industrial. Al no poder responder con la rapidez que demanda el actual mercado, se pierden ventas las cuales se traducen en bajas de capital para el empresario y la misma empresa y sus trabajadores. El presente trabajo demuestra que la aplicación de la ingeniería en pequeñas y medianas empresas tienen un impacto fundamental en la fabricación de sus productos, esto quiere decir, que llevando a cabo la especificación adecuada con base de ingeniería de los satisfactores que produce una empresa, se incrementa su capacidad de respuesta en su entorno competitivo, además que de los productos cuentan con una mejor calidad, y los procesos de manufactura en cuanto a tiempos se ven acortados. Esta forma de trabajo, que es, la extracción de tecnología se puede aplicar a cualquier tamaño de industria, mediante este medio pudimos conocer a detalle el producto, tanto en su definición, como en su proceso de fabricación y control, y pudimos modificarlo, a bien tanto de la manufactura, ensamble y para beneficio del cliente final. El fin que perseguía el presente trabajo en su inicio se culmino de manera satisfactoria, bien se pueden observar las imágenes de los primeros equipos y las imágenes de los que se lograron fabricar con esta metodología, hubo un cambio en su estética, haciéndolo mas atractivo y confiable, además de que se logro la intercambiabilidad de sus partes. Cabe destacar que el presente trabajo no se hubiese podido realizar si no hubiera sido por la conformación de un equipo multidisciplinario de trabajo y la confianza de la empresa para formarlo, el equipo realizo un arduo esfuerzo y ataco las diferentes partes y componentes del equipo para poder llevar a feliz termino la evolución del satisfactor.

149

REFERENCIAS

Dibujo y Diseño en Ingeniería, Cecil Jensen, Jay D. Helsel, Dennos R. Short, 6ª edición, Mc Graw Hill. Diseño en Ingeniería Mecánica, Joseph E. Shigley, Charles R. Mischke, 6ª edición, Mc Graw Hill. Dibujo Técnico Básico, Henry Cecil Spencer, John Tomas Dygdon, 1era edición, CECSA. Manual de Métodos de Fabricación Metal Mecánica, Sergio A. Villanueva Pruneda, Jorge Ramos Watanave, 4ª edición, AGT Editor S.A. Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, 4ª Edición, Prentice Hall. Metodología Para la Extracción de Tecnología, Sergio A. Villanueva Pruneda, Tesis de Maestría. Elementos de Maquinas, Bernard J. Hamrock, Bo Jacobson, Steven R. Schmid, Mc Graw hill. Tecnología de las Maquinas Herramienta, Steve F. Krar, Albert F. Check, 5ª Edición, Alfa Omega. Tecnología de Materiales, Carlos Ferrer Giménez, Vicente Amigó Borrás, Alfa Omega. Tecnología del Diseño y Fabricación de Piezas Metálicas, A. Chevalier, J. Bohan, Limusa, Noriega editores. Pagina Web de la bolsa de Nueva York http://www.nyse.com/. Pagina Web sitio del Acero Inoxidable http://www.aceroinoxidable.com/ Pagina Web the European Stainless Steel Development Association http://www.euro-inox.org/ Pagina Web Centro Nacional Para el Desarrollo del Acero Inoxidable http://www.cendi.org.mx/

ANEXO A

1A

ANEXO A.

EXPEDIENTE TECNOLOGICO DE

DEFINICION.

ANEXO A

2A

A.1.- RELACION DE DIBUJOS DE DETALLE DE LA CAMARA DE TOSTADO.

Tabla A.1. Formato de control de dibujos

Lista de partes y componentes Subconjunto Cámara de tostado.

SCJ Nombre de la parte Nº 3 Ubicación. Subconjunto cámara de tostado. 3. A0 – 001.

Distribuidor de café. • Desarrollo del distribuidor de café.

3.1. 3.1a.

A4 – 001. A4 – 002.

Cilindro de cámara. • Desarrollo del cilindro de cámara.

3.2. 3.2a.

A2 – 001. A2 – 002.

Soporte de cilindro de volteo. 3.3. A4 – 003. Cilindro de volteo 3.4. A3 – 002.

Conjunto Cono de cámara de tostado. • Cono de cámara de tostado • Desarrollo de cono de cámara de tostado • asiento de mirilla. • Tapa de mirilla • Mirilla.

3.5. 3.5a. 3.5b. 3.5c. 3.5d. 3.5e.

A2 – 003. A2 – 004. A3 – 003. A4 – 004. A4 – 005. A4 – 006.

Arillo de fijación de brida. • Desarrollo del arillo de fijación de brida.

3.6. 3.6a.

A4 – 007. A3 – 003.

Brida. 3.7. A2 – 005. Rejilla. 3.8. A4 – 008.

Distribuidor de aire. • Tubo de unión de alabe. • Alabe.

3.9. 3.9a. 3.9b.

A3 – 004. A4 – 009.

A4 – 0010. Cono de transición de salida de aire caliente.

• Método para desarrollo de cono de transición. • Desarrollo de cono de transición.

3.10. 3.10a. 3.10b.

A3 – 005. A3 – 006. A3 – 007.

Conjunto Cabina • Cabina. • Desarrollo de cabina. • Asiento de mirilla. • Tapa de mirilla. • Mirilla.

3.11. 3.11a. 3.11b. 3.11c. 3.11d. 3.11e.

A2 – 006. A2 – 007. A3 – 008. A4 – 011. A4 – 012. A4 – 013.

Compuerta de desahogo de gases. • Tapa frontal de compuerta. • Desarrollo de tapa frontal. • Tapa trasera de compuerta. • Desarrollo de tapa trasera de compuerta. • Buje guía. • Perno. • Mango

3.12. 3.12a. 3.12b. 3.12c. 3.12d. 3.12e. 3.12f. 3.12g.

A2 – 008. A3 – 008. A3 – 009. A4 – 014. A3 – 010. A4 – 015. A4 – 016. A4 – 017.

C

ámar

a de

tost

ado.

Soporte principal de cámara de tostado. • Soporte principal de cámara de tostado ángulo de 1 ¼”

x 1/8”. • Soporte principal de cámara de tostado ángulo de 1 ¼”

x 1/8”, con cortes a 45° en ambas esquinas.

3.13. 3.13a. 3.13b.

A3 – 011. A4 – 018. A3 – 012.

ANEXO B

1B

ANEXO B

DESARROLLOS, TOLERANCIAS DIMENSIONALES, PROPIEDADES Y

CLASIFICACION DEL ACERO INOXIDABLE Y EL ABEDUL, ACABADOS

SUPERFICIALES.

ANEXO B

2B

B.1.- DESARROLLOS DE LÁMINA.

B.1.1.- DESARROLLOS El desarrollo de un objeto es la superficie del mismo trazada sobre un plan. Por ejemplo, si se despliega un vaso de cartón de los utilizados para helado y se le extiende sobre una mesa, el resultado es un desarrollo. En la industria de la metalistería, un desarrollo se conoce de ordinario como un patrón o despliegue. Miles de objetos elaborados se hacen cortando patrones y luego doblándolos a su forma, incluyendo tubos, conductos para aire acondicionado, conductos para calefacción, bandejas, tolvas, depósitos, cubetas e inclusive recipientes de cartón para leche y vasos de papel. Para ejemplo ver la figura B.1.1.1.

Figura B.1.1.1.- colector catalizador o “ciclón” para una refinería de petróleo.

En la figura B.1.1.2 se muestran los desarrollos de 4 de los solidos más comunes. Otras formas son de ordinario más difíciles y costosas de hacer y se evitan si es posible. Los patrones del prisma y de la pirámide son simplemente los lados y los extremos desplegados sobre una superficie plana, en tanto que los patrones para el cilindro y el cono son sencillamente las superficies y los extremos extendidos o desplegados sobre una superficie plana. Nótese que el prisma y el cilindro se desarrollan en patrones rectangulares, que se conocen como desarrollos en línea paralela, en tanto que la pirámide y el cono se desarrollan en patrones de forma de trozo de pastel, conocidos como desarrollos en línea radial. En la figura B.1.1.3 se muestran los diversos sólidos geométricos.

ANEXO B

3B

Figura B.1.1.2.- desarrollos.

Figura B.1.1.3.- diversos sólidos geométricos.

B.1.1.1.- Trabajos de metalistería. Los patrones se hacen de papel, cartón, plástico, y en especial, de lámina de metal, tal como de acero, latón, cobre y aluminio. Después que se corta el metal y se le dobla o enrolla a su forma, se unen las piezas mediante soldadura con estaño, soldadura eléctrica o autógena, remachado o costuras de varias clases. Cuando el espesor del metal es un factor, se debe dejar material para compensar el estirado o deformación del metal en los dobleces. Además, se debe proporcionar material extra para los traslapes y otras clases de juntas ver figura B.1.1.1.1.

ANEXO B

4B

Figura B.1.1.1.1.- costuras y bordes en láminas de metal.

Es costumbre dibujar los patrones de manera que las superficies interiores queden hacia arriba, como se muestra en la figura B.1.1.2. Así, como se dobla el objeto a su forma, todas las líneas de doblez estarán en el interior. Después que se ha trazado el patrón del dibujo al metal, se corta este por medio de tijeras de mano, cinceles, cortadores circulares, cizallas de anillo y circulares u otras herramientas o métodos. Las láminas de metal se pueden curvar, doblar o rolar a mano de muchas maneras. Estas, en general, consisten en martillar las laminas sobre, o alrededor de, bloques de madera o yunques de varias formas por medio de un mazo ver figura B.1.1.1.2a, o doblándolas con una maquina de hacer costuras. Una maquina utilizada para hacer dobleces angostos es la dobladora de barra figura (b). Para doblar piezas anchas, tal como los lados de una caja, se utiliza una maquina grande conocida como dobladora. Muchos tipos de dobleces se hacen sobre la prensa dobladora utilizando varias formas de matrices formadoras, alguna de las cuales se muestran en la figura 5c hasta la figura (e). Las formas cónicas o cilíndricas se hacen martillando al metal sobre una pieza redondeada o rolandolo en una maquina de rodillos, como se muestra en la figura (f).

Figura B.1.1.1.2.- doblado de metal.

Ciertos objetos, tales como los guardafangos de automóviles y las cubiertas alabeadas de los aviones, no son desarrollables (no se les puede desplegar sobre un plano) se les conforma presionando laminas planas entre matrices bajo una fuerte presión. Los bordes expuestos tales como los cantos de charolas o baldes,

ANEXO B

5B

se rebordean, ribetean, rolan, etc. Como se muestra en la figura (a) hasta (f). De la figura (g) hasta (n) se muestran varios métodos de unir metal por medio de costuras de ordinario, un patrón se sujeta a lo largo del borde mas corto para ahorrar trabajo y materiales. Sin embargo, las costuras se pueden hacer a lo largo de cualquier borde conveniente y, con frecuencia, la disposición es simplemente la que se puede cortar con mayor economía. B.1.1.2.- Construcción de moldes. Deberán hacerse modelos en cartulina de al menos unos cuantos de los primeros proyectos asignados. La apariencia final y el ajuste del patrón cuando se le doble y fije dependerá de la exactitud del dibujo. Para modelos en papel, utilícese un papel terso, tal como papel de dibujo. Dibújense aletas de ¼” (6.35mm) a lo largo de los bordes para sujetar, córtense las esquinas a 45°, como se muestra en la figura B.1.1.2.1b. para cantos curvos, córtense muescas en las aletas como se muestra en figura (b) o (e). Para cortar el patrón o modelo, utilícese una hoja de afeitar o un corta plumas afilado, pero asegúrese de cortar sobre un trozo de cartón grueso para no dañar el tablero o la mesa. Nunca corten a lo largo de una escuadra o la regla T, puesto que una sola muesca las estropeara. Para hacer que las esquinas de las aletas se doblen suavemente, ráyese a lo largo de las líneas de doblez haciendo pasar la punta del compás divisor a lo largo de las líneas, utilizando la escuadra como guía no se presione fuerte y manténgase la pata del compás casi plana sobre el papel.

Figura B.1.1.2.1.- construcción de un modelo en papel.

Sujétense las costuras del modelo con pasta, cola, pegamento para hule, o cinta de celulosa. Se puede hacer mas atractivo el modelo pintándolo o rociándolo con laca coloreada o con un barniz de aviones.

B.1.2.- DESARROLLOS EN LINEA PARALELA

B.1.2.1.- Patrón de un prisma. Los prismas tienen caras planas que se intersectan para formar aristas que son paralelas (figura B.1.2.1.1).

ANEXO B

6B

Figura B.1.2.1.1. - Diversos tipos de primas.

En la figura B.1.2.1.2 se muestra el desarrollo de un prisma rectangular, las superficies laterales se doblan hacia arriba forman un rectángulo simple.

Figura B.1.2.1.2. - Desarrollo de un prisma rectangular.

Si se corta un prisma a cierto ángulo como se ve en la figura B.1.2.1.3 (a) y (b), se dice que es truncado. En la figura (c) se muestran las vistas superiores y frontal del prisma truncado, junto con una vista auxiliar de la superficie inclinada. La parte inferior del primas se desarrollara en una línea recta, 1 – 1, llamada la línea de despliegue, obsérvese la figura (d) y (e). La línea de despliegue es el perímetro de la base, o la distancia total alrededor de la base, trazada en una línea recta. La parte superior del prisma se desarrollara en forma irregular, como se muestra en la figura.

ANEXO B

7B

Figura B.1.2.1.3.- patrón de un prisma truncado.

Sobre la línea de despliegue, establézcanse las distancias 1 – 2, 2 – 3, 3 – 4 y 4 – 1, tomadas desde la vista superior. Por estos puntos trácense las aristas, o líneas de doblez, perpendiculares a la línea de despliegue, estas son paralelas; de aquí el termino “desarrollo en línea paralela”. Los extremos superiores de estas líneas, a, b, c, etc., se encuentran proyectando transversalmente los puntos correspondientes desde las vistas frontales. En la vista superior se muestra el tamaño real del fondo y en la vista auxiliar se muestra el tamaño real de la superficie inclinada. Esta se transfieren, si se desea, al patrón y se sujetan a lo largo de cualquier tipo conveniente de bordes de unión. B.1.2.2.- Patrón de un prisma oblicuo. Si se cortan ambos extremos de un prisma a un ángulo distinto de 90° como se ve en la figura B.1.2.2.1, ningún extremo se desplegara en una línea recta. Sin embargo, si se para un plano de corte imaginario a través del prisma y en ángulo recto con las aristas, se produce una sección recta 1 – 2 – 3 – 4, como se muestra y esta sección recta se desplegara en una línea recta. En la vista auxiliar se muestra el tamaño real de la sección. Para dibujar el patrón, extiéndase la línea de despliegue, como se muestra. Sobre la línea de despliegue, fíjense las distancias 1 – 2, 2 – 3, 3 – 4 y 4 – 1, tomadas de la vista auxiliar donde se las muestra en longitud real. A través de estos puntos trácense las aristas perpendiculares a la línea de despliegue. Establézcanse los puntos extremos A, B, C, etc., proyectando desde los puntos correspondientes en la vista frontal.

ANEXO B

8B

Figura B.1.2.2.1.- patrón de un prisma oblicuo.

B.1.2.3.- Cilindros. Un cilindro puede ser recto u oblicuo (figura B.1.2.3.1). De ordinario, los cilindros son circulares, pero pueden ser elípticos o de otra forma.

Figura B.1.2.3.1. - Cilindros.

Un cilindro recto cuyas bases sean perpendiculares a su línea de centro, se desarrollara en un rectángulo simple. Una buena manera de esto es tomar un rodillo de pintar y aplicar una revolución del rodillo sobre una pared el área pintada será un rectángulo (figura B.1.2.3.2).

ANEXO B

9B

Figura B.1.2.3.2.- Circunferencia.

B.1.2.4.- Circunferencia. Como se muestra en la figura B.1.2.3.2, la circunferencia de un círculo es la distancia alrededor del mismo. La circunferencia de un cilindro circular recto es la distancia alrededor de la base, como se muestra en la vista superior de la figura B.1.2.4.1a. Si se desenrolla el cilindro y se extiende sobre un plano, la longitud del patrón será la circunferencia del cilindro y la altura del patrón será la altura del cilindro (figura 13b). Se puede trazar la circunferencia con aproximación fijando cierto número de divisiones iguales 1 – 2, 2 – 3, etc., sobre el círculo de la vista superior y luego trazando el mismo número de divisiones sobre la línea de despliegue del patrón, como se muestra en la figura. Sin embargo, las distancias fijadas serian cuerdas de los arcos, no las longitudes reales de los mismos; los ligeros errores para cada distancia añadirán un error apreciable en la longitud total.

Figura B.1.2.4.1.- Circunferencia y altura de un cilindro.

ANEXO B

10B

La circunferencia de cualquier círculo dividida por su diámetro es 3.1416, o unos 3 1/7. Este numero, 3.1416 es conocido por los matemáticos comoπ. Es la letra griega pi. Así, se conoce el diámetro de un círculo, se puede obtener siempre la circunferencia multiplicando el diámetro por 3.1416. Por ejemplo, si el diámetro de la base del cilindro en la figura B.1.2.4.1 es de 50mm la circunferencia de la base y la longitud del patrón será 2” (50.8mm) x 3.1416 = 6.2832” (157.08mm) o casi 6 9/32” (157mm). Para la mayoría de los propósitos prácticos se puede multiplicar por 3 1/7 (3.14) en lugar de 3.1416. De esta manera, si el diámetro es 2” (50.8mm), la circunferencia es 2 “ (50.8mm) x 3 1/7, o 2” x 22/7, o 44/7, o 6.28”, que de nuevo es 6 9/32” ( con aproximación de 1/64”)... B.1.2.5.- Elementos. Un elemento de un cilindro es una línea recta imaginaria sobre la superficie paralela al eje. Se puede considerar al cilindro como un prisma con un infinito numero de aristas. Aun si el prisma tiene tan pocos como 12 lados (figura B.1.2.5.1a), el resultado se aproximara a un cilindro real. Si se marcan líneas sobre el cilindro en los lugares correspondientes como se muestra en b, las líneas son elementos y son útiles. Los elementos se deben dibujar como líneas de construcción sobre las vistas y sobre el patrón. En la figura B.1.2.5.1c hasta f se muestran métodos prácticos para dividir un círculo en cierto número de partes iguales. En c se utiliza en compás con centros en los puntos 1, 4, 7 y 10, con un radio igual al radio del círculo. En d se utiliza la escuadra de 30° x 60°. En e se utiliza la escuadra de 45° para obtener 8 divisiones y luego bisectar cada una de estas con el compás. En f se utilizan dos escuadras en combinación.

Figura B.1.2.5.1.- elementos y divisiones de un círculo.

B.1.2.6.- Patrón de un cilindro truncado. Si se trunca un cilindro, o se le corta a cierto ángulo, el extremo en ángulo se desarrollara en una línea curva, como se muestra en la figura B.1.2.6.1a. El

ANEXO B

11B

extremo inferior se desarrollara en una línea recta1 – 1, la cual será la línea de despliegue. Para desarrollar el cilindro, divídase la vista superior, figura 15b, en cualquier número de partes iguales convenientes por alguno de los métodos mostrados en la figura 14 y proyéctense hacia abajo para trazar los elementos en la vista frontal. Como se muestra en la figura 15c, trácese la línea de despliegue 1 – 1 y fíjese sobre ella la circunferencia real. Divídasele en el mismo número de partes iguales que en la vista superior, utilizando el método de la línea paralela. En los puntos de división, trácense elementos perpendiculares a la línea de despliegue y localícense los extremos finales de los elementos proyectando a través de los extremos finales de los elementos correspondientes en la vista frontal. Nótese que cada vez que se proyecta transversalmente, se localizan dos puntos como A y B, en el patrón. Bosqueje una línea curva suave a través de estos puntos y engruésese la curva final con la ayuda de la plantilla para curvas. Si se necesitan las bases en el patrón, se las puede cortar por separado. En la vista superior se muestra el tamaño real del fondo, mientras que el tamaño real de la superficie inclinada es una elipse y se le muestra en tamaño real en la vista auxiliar.

Figura B.1.2.6.1.- patrón de un cilindro truncado.

ANEXO B

12B

B.1.3.- DESARROLLOS EN LINEA RADIAL

B.1.3.1.- Patrón de un cono. En la figura B.1.3.1.1a se muestra un cono circular recto, con las vistas superior y frontal en (b). Cuando se despliega el cono sobre un plano, el patrón será un sector de circulo, o forma de pastel, (c). Para dibujar el patrón (d), trácese un radio S igual al lado inclinado del cono, tomado de la vista frontal. El ángulo total incluido en el patrón es igual a

°°= 360360 XSRox

inclinadaAlturabaseladeRadioθ

De esta manera, si el cono tiene un radio de la base de 50mm y la altura inclinada es de 125mm, la formula seria 50/125 x 360°, o 144°. El ángulo del patrón se traza con el transportador. Otro método es dividir la base (vista superior) en partes iguales y trazar elementos como se muestra; entonces fíjense las distancias de las cuerdas 1 – 2, 2 – 3, etc., sobre el arco del patrón y cuando se fija cierto numero de cuerdas, puede haber un considerable error acumulativo. Si se emplea el compás y se ajusta ligeramente mayor que la distancia de la cuerda, el error resultante será pequeño y el método será satisfactorio en la mayoría de los casos. En la vista superior se muestra el tamaño real de la base y se puede añadir al patrón o cortarla por separado.

Figura B.1.3.1.1.- patrón de un cono.

ANEXO B

13B

B.1.3.2.- Patrón de un cono truncado. En la figura B.1.3.2.1a, se muestra un cono circular recto truncado, con las vistas frontal, superior y auxiliar en (b). Cuando se desenrolla el cono sobre un plano (c), el extremo inferior se desarrolla en un arco circular, en tanto que el superior, o truncado, se desarrolla en una curva irregular. Para desarrollar el patrón (d), trácese el arco grande con el radio S igual a la altura inclinada del cono. A continuación, se debe calcular el ángulo concluido mediante

la formula °360XSR y fíjese con el transportador. Divídase la base de la vista

superior en partes iguales y trácense los elementos en ambas vistas. Por tanteo, espáciense el mismo numero partes iguales sobre el arco de la base en el patrón y trácense los elementos. Se debe de tener cuidado, al utilizar el espacio entre divisiones de la vista superior para determinar el ángulo completo del patrón en lugar de tener que calcular el ángulo. A continuación y desde V establézcanse sobre los elementos en el patrón las longitudes reales VA, VB, VC, etc., hasta el corte inclinado tomándolas de la vista frontal. En la vista frontal, la longitud real de VC es VC’. Esta se transfiere al patrón para obtener los puntos C y D., cada longitud real en la vista frontal dará dos puntos en el patrón de manera similar. Debe de observarse, que en (b), cada longitud real se obtiene simplemente trazando una línea horizontal desde el punto a un elemento exterior del cono. Esto equivale a girar el elemento hasta que aparece de longitud real en la vista frontal. Cuando se han hallado todos los puntos en la curva, trácese a través de ellos una curva suave, utilizando una plantilla para curvas. La intersección de un plano y un cono, en este caso, es una elipse verdadera y aparecerá como tal en las vistas superior y auxiliar. En la vista auxiliar se muestra el tamaño real de la elipse. En la vista auxiliar las distancias iguales a y b y otras sobre cada lado de la línea central se transfieren desde los puntos correspondientes en la vista superior. La cara inclinada y la base se pueden cortar por separado si se necesitan en el patrón.

Figura B.1.3.2.1.- patrón de un cono truncado.

ANEXO B

14B

B.1.3.3.- Triangulación. Es el proceso de dividir una superficie en cierto número de triángulos y a continuación transferir cada uno por turnos en el patrón. Para transferir un triangulo, digamos ABC en la figura B.1.3.3.1a trácese el lado AB en su nueva posición deseada en (b). Con los extremos A y B como centros y las longitudes de los otros lados del triangulo dado como radios, trácense dos arcos que se intersecten en C. después, como se muestra en figura (c) únase el punto C a los puntos A y B.

Figura B.1.3.3.1.- transferencia del un triangulo.

B.1.3.4.- Patrón de un cono oblicuo. En la figura B.1.3.4.1a se muestra un cono oblicuo con las vistas superior y frontal en (b). Divídase la base (vista superior) en partes iguales y trácense elementos hasta el vértice, como se muestra. Los elementos V – 1 y V – 7 son de longitud real, como se muestra en la vista frontal. La superficie del cono queda dividida así en triángulos por los elementos y el patrón se compondrá de estos triángulos trazados uno al lado de otro sobre un plano. El medio mas sencillo de obtener las longitudes reales es construir un diagrama de longitudes reales, como se muestra en la figura (c). Gírese la vista superior de cada elemento hasta que sea horizontal. Luego proyéctese hasta la línea de base para obtener los puntos 2’, 3’, etc., y conéctense por medio de líneas al vértice en la vista frontal V. estas longitudes reales se utilizan en el patrón. No es necesario buscar las longitudes reales de los elementos V – 1 y V – 7, puesto que aparecen ya de longitud real en la vista frontal. Si se divide el patrón a través del elemento V – 1, será simétrico y solo será necesario dibujar una mitad. Desde V en el patrón trácese V – 1 igual a V – 1 en la vista frontal. A continuación desde V en el patrón, trácese un arco V – 2 tomado del diagrama de longitudes reales y un arco 1 – 2 tomado de 1 – 2 en la vista superior de la base del cono. Este triangulo V – 1 – 2 fue transferido de la misma manera que el triangulo en la figura B.1.3.3.1. Complétese el medio desarrollo transfiriendo los triángulos restantes de igual manera. Conéctense los puntos por medio de una curva ligera a pulso, después engruecese la curva con ayuda de la plantilla de curvas.

ANEXO B

15B

Figura B.1.3.4.1.- patrón de un cono oblicuo.

B.1.3.5.- Piezas de transición. En la figura B.1.3.5.1 se muestran las piezas de transición, una pieza de transición es la que conecta dos formas diferentes o con aberturas en posición oblicuo, como por ejemplo, una abertura redonda a otra cuadrada. Las piezas de transición se utilizan ampliamente en las instalaciones de aire acondicionado, ventilación, calentamiento y similares. En la mayoría de los casos, las piezas de transición se componen de una combinación de superficies planas y superficies cónicas. Por lo tanto , son aplicables los métodos dados anteriormente para pirámides y conos.

Figura B.1.3.5.1.- piezas de transición.

B.1.3.6.- Patrón de una pieza de transición. En la figura B.1.3.6.1a se muestra una pieza de transición que tiene una abertura redonda en la parte superior y una abertura rectangular en el fondo, con las vistas superior y frontal en (b). La superficie se compone de cuatro superficies planas triangulares y cuatro superficies cónicas. Las superficies cónicas se dividen en triángulos estrechos para que se las pueda transferir al patrón. Supóngase la costura en 1 – S (véase la vista superior). El triangulo 1 – S – X es un triangulo rectángulo, que se puede dibujar fácilmente sobre el patrón, con la

ANEXO B

16B

longitud real de 1 – S tomada de la vista frontal la longitud real de SX tomada de la vista superior. A continuación se pueden transferir el triangulo 1 – X – 2 y todos los demás tomando las pequeñas bases desde el circulo en la vista superior y los lados largos desde los diagramas de longitud de reales, transfiriéndolos de igual manera que en las figuras B.1.3.3.1 y B.1.3.4.1.

Figura B.1.3.6.1.- patrón de una pieza de transición.

B.1.4.- RADIO MINIMO DE DOBLEZ. La relación a la que aparece una grieta en la superficie externa de la grieta se llama radio mínimo de doblez o de doblado del material. Se suele expresar (en forma reciproca) en función del espesor, como 2e, 3e, 4e, etc. Así, un radio mínimo de dobles de 3e indica un radio mínimo con el que se puede doblar la lámina sin que se agriete en tres veces su espesor. En la tabla B.1.4.1 se ven varios radios mínimos de doblez para distintos materiales.

Figura B.1.4.1. - (a) y (b) efecto de inclusiones alargadas (longitudinales) sobre el

agrietamiento, en función de la dirección de doblado con respecto a la dirección de laminado original de la hoja.

ANEXO B

17B

Tabla B.1.4.1. Radio mínimo de doblado para algunos materiales a temperatura ambiente.

ESTADO MATERIAL SUAVE DURO

Aleaciones de aluminio 0 6e Cobre al berilio 0 4e Latón, bajo plomo 0 2e Magnesio 5e 13e Aceros Inoxidable austenítico 0.5e 6e

Aceros Bajo carbono, baja aleación y alta resistencia – baja aleación (HLSA)

0.5e 4e

Titanio 0.7e 3e Aleaciones de titanio 2.6e 4e

Por lo tanto: R = X e ----------(1). X.- dependiendo del tipo de material y su estado (suave o duro).

B.2.- TOLERANCIAS DIMENSIONALES.

B.2.1.- INTRODUCCION.

La inevitable variación en la obtención de las dimensiones de piezas procesadas por medios mecánicos, hace indispensable el establecimiento de sistemas racionales que permitan fijar los valores tolerables entre los que debe estar comprendida una dimensión dada. En los inicios del desarrollo industrial, la fabricación por medios mecánicos se fundamentaba en la habilidad artesanal de los técnicos de la época. Cada pieza importante se terminaba y ajustaba según se requerían las dimensiones de las piezas en las que se ensamblaba. Estos procedimientos lentos y costosos no permitían el intercambio y sustitución rápida de piezas que es la base de la producción industrial contemporánea. Mas adelante, se considero conveniente especificar tolerancias a las dimensiones más importantes de cada pieza. De acuerdo con las funciones que deberían cumplir, cada técnico conforme a su experiencia e intuición, estimaba y especificaba los imites tolerables. Lógicamente, lo que a un técnico le parecía un ajusto con “juego pequeño” a otro le parecía mas bien “amplio”. Finalmente, con objeto de unificar criterios (finalidad de la normalización), se formaron comités de diferentes países en la organización internacional de

ANEXO B

18B

normalización (ISO), para estudiar y definir un sistema de uso internacional relativo a las tolerancias y ajustes para piezas lisas. Actualmente, aunque se siguen efectuando revisiones a la recomendación ISO R 286/1963. La mayoría de países industrializados la aceptan y la utilizan comúnmente. La versión mexicana de esta norma se publico en 1973, con el numero NOM – Z 23/1973, misma que se recomienda en la actualidad.

B.2.2.- SISTEMA ISO DE TOLERANCIAS Y AJUSTES.

En general se refiere a las tolerancias dimensionales de piezas lisas y a los ajustes correspondientes y su ensamble. En lo sucesivo los términos Árbol y Agujero definen respectivamente el espacio contenido y el espacio continente entre dos caras (o planos tangentes) paralelas de una pieza cualquiera. Las piezas pueden ser de sección cilíndrica (el caso más común) o cualquiera otra forma, como ancho de una ranura, espesor de una chaveta, etc. Por sencillez y dada su importancia, el sistema se desarrolla a partir de formas cilíndricas. Los valores de las dimensiones nominales se han agrupado en trece escalones que van desde ≤ 3mm hasta 400mm (también comprende valores mayores de 500mm hasta 3150mm). Estos escalones están indicados en la primera columna de la siguiente tabla B.2.2.1.

Tabla B.2.2.1. Intervalos de tolerancia fundamentales, valores en micras (0.001).

Calidades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

≤ 3 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 100 140 250 400 600 1000 1400 > 3 a 6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 120 180 300 480 750 1200 1800 > 6 a

10 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 150 220 360 580 900 1500 2200

> 10 a 18 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 180 270 430 700 1100 1800 2700

> 18 a 30 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 210 330 520 840 1300 2100 3300

> 30 a 50 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 250 390 620 1000 1600 2500 3900

> 50 a 80 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 300 460 740 1200 1900 3000 4600

> 80 a 120 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 350 540 870 1400 2200 3500 5400

> 120 a 180 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1600 2500 4000 6300

> 180 a 250 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 460 720 1150 1850 2900 4600 7200

> 250 a 315 6 8 12 16 23 32 52 81 130 210 320 520 810 1300 2100 3200 5200 8100

Diá

met

ros

en m

m.

> 315 a 400 7 9 13 18 25 36 57 89 140 230 360 570 890 1400 2300 3600 5700 8500

ANEXO B

19B

Con el objeto de satisfacer las distintas necesidades de precisión para cada escalón de dimensiones nominales, se han previsto 18 valores distintos de intervalos de tolerancia, llamados intervalos de tolerancia fundamentales. Cada uno de estos valores dados en micras, constituye la diferencia entre las dimensiones límite.

1 micra = 0.001mm = 1µm

Al grado de precisión necesario se le llama calida, y se representa mediante un número. En la tabla B.2.2.1 se han indicado las 18 calidades que en función de la dimensión nominal, dan el correspondiente intervalo de tolerancia fundamental. Los primeros números, 01, 1, 2, representan tolerancias muy cerradas, los últimos corresponden a tolerancias muy abiertas para trabajos corrientes. B.2.2.1.- La calidad y los procesos de fabricación. Existen muchos factores que afectan la precisión que puede esperarse de un proceso de fabricación o particularmente de una maquina herramienta. El estado de desgaste de sus órganos, componentes, la habilidad del operario, las características de las herramientas de corte y otras causas, determinan que los procesos de fabricación por maquinado, por maquinas – herramienta, tales como tornos paralelos, tornos revolver, tornos automáticos, fresadoras, cepillos, rectificadoras, permitan obtener calidades desde IT5 en adelante. Con objeto de formarse una primera idea se puede observar en la siguiente lista la relación que guardan los diferentes procesos con las calidades IT del sistema.

Tabla B.2.2.1.1.- relación de procesos con calidades IT.

Maquina. Calidad IT. Torno paralelo clásico. 7

Torno revolver. 9 – 8 Torno semiautomático. 8 – 7

Torno vertical. 8 – 7 Torno semiautomático monohusillo. 9 – 7

Torno automático multihusillo. 9 – 7 Fresadora vertical. 7

Fresadora horizontal. 7 Fresadora universal. 7

Fresadora de control numérico. 8 Cepillo de codo. 8 Cepillo de mesa. 8 – 7

Mortajadora. 9 – 8 Brochadora. 7

ANEXO B

20B

Maquina. Calidad IT. Taladro de columna:

Con broca. Con escariador.

11 7

Taladradora radial: Con broca.

Con escariador.

11 7

Talladora con fresa plana de modulo. 7 Talladora con fresa madre. 7

Talladora con herramienta piñón. 7 Talladora con herramienta cremallera. 7

Talladora de mortajado. 7 – 9 Talladora tipo Gleason. 8 – 7

Rectificadora de engranes. 6 – 5 Rasuradota de engranes. 6 – 5

Rectificadora plana. 6 – 4 Rectificadora de revolución. 6 – 5 Rectificadora sin centros. 6 – 5

B.2.2.2.- Posición de la tolerancia. En el sistema ISO, la tolerancia para cada escalón de dimensiones, puede tener 28 distintas posiciones, representada cada una por medio de letras: MAYUSCULAS PARA AGUJEROS Y MINUSCULAS PARA ÁRBOLES. En el caso de los agujeros, las primeras letras del alfabeto representan a la posición de la tolerancia siempre por encima de la dimensión nominal (ver figura B.2.2.2.1).

Figura B.2.2.2.1.

ANEXO B

21B

El agujero H representa la posición de la tolerancia con desviación inferior nula o línea cero (figura 1). Los agujeros representados con las ultimas letras, indican que su tolerancia esta siempre por debajo de la línea 0 (figura B.2.2.2.1). Para simplificar se sustituye la representación indicada en la figura 1, para la figura B.2.2.2.2. En esta se considera que el eje de la pieza esta debajo de la línea 0.

Figura B.2.2.2.2.

En el caso de los árboles, las primeras letras del alfabeto representan a la posición de la tolerancia siempre por debajo de la línea 0 (figura B.2.2.2.3.). El árbol h tiene desviación superior nula (coincide con la línea 0). Los árboles indicados con las ultimas letras del alfabeto representan posiciones de la tolerancia siempre por encima de la línea 0. La siguiente figura representa esquemáticamente las posibilidades que prevé el sistema ISO para las posiciones de la tolerancia en agujeros y árboles.

ANEXO B

22B

Figura B.2.2.2.3. Representación esquemática de las posiciones de la tolerancia.

ANEXO B

23B

B.2.2.3.- Designación de la tolerancia. Al designar la tolerancia, primero se indica el valor de la dimensión nominal, después la letra que representa la posición de la tolerancia y finalmente el número que indica la calidad o grado de precisión necesario. DIMENSION NOMINAL POSICION DE LA T CALIDAD

B.2.2.4.- Ajustes. El ensamble de dos piezas con la misma dimensión nominal, constituye un ajuste. Dependiendo de la posición de la tolerancia en cada una, el ajuste puede ser: Con juego. Se asegura siempre un juego ya que la zona de tolerancia del agujero esta enteramente por encima de la zona de tolerancia del árbol (figura B.2.2.4.1a). Incierto. Es un ajuste que puede dar a veces juego, a veces apriete ya que las zonas de tolerancias del árbol y el agujero se traslapan (figura B.2.2.4.1b). Con apriete. Se asegura siempre un apriete ya que la zona de tolerancia del agujero esta enteramente por debajo de la zona de tolerancia del árbol (figura B.2.2.4.1c). Antes del ensamble, el árbol es más grande que el agujero. Por economía y sencillez se han establecido dos sistemas para lograr los ajustes.

Figura B.2.2.4.1.

B.2.2.5.- Sistema del agujero normal. En este sistema se toma como base el agujero H, y se logra el ajuste al combinarlo con el árbol mas indicado. Se obtiene un ajuste con juego al combinar el agujero H con cualquiera de los árboles a, b, c,……, g. igualmente se logra apriete al combinar H con n, p, r,……, zc. Se dice que el ajuste será exacto cuando se combine H con h.

ANEXO B

24B

Se obtiene cada vez menos juego a medida que el árbol se acerca a las posiciones g y h (figura B.2.2.5.1).

Figura B.2.2.5.1.

B.2.2.6.- Sistema del árbol normal. En este sistema se toma como base el árbol tipo h y se logra el ajuste deseado al combinarlo con el agujero mas indicado. Se logra un ajuste con juego al combinar h, con los agujeros A, B, C,……., G. el apriete se logra al combinar h con los agujeros N, P, R,…….., ZC. (Figura 11.10).

Figura B.2.2.6.1.

Los ajustes mas utilizados son los del tipo agujero normal. Los montajes de rodamientos y pernos guía requieren la aplicación del sistema del árbol normal. En la tabla B.3 se dan una serie de ajustes que se recomiendan para uso en mecánica general.

ANEXO B

25B

Tabla B.2.2.6.1.- ajustes principales.

AGUJEROS Y CALIDAD DE LOS ÁRBOLES Ajustes principales utilizar de preferencia los

que están en negritas. árboles

(posición) H6 H7 H8 H9 H11

c 9 11 JUEGO AMPLIO

Ensambles cuyo funcionamiento requiere juego amplio por dilataciones, mal alineamiento, cojines grandes, etc. d 9 11

e 7 8 9 JUEGO MEDIANO

Piezas que giran o deslizan con una buena lubricación. f 6 6.7 7

AJU

STES

CO

N

JUE

GO

JUEGO PEQUEÑO

Piezas con guía precisa y movimientos de pequeña amplitud. g 5 6

Ajuste exacto h 5 6 7 8 js 5 6 APRIETE

DEBIL Ensamble a mano k 5 m 6 APRIETE

MEDIADO

El ensamble se puede hacer a mano, la unión no pude transmitir esfuerzos. Se puede montar y desmontar.

Ensamble a mano auxiliándose de un mazo. p 6

s 7 Ensamble a prensa. u 7

x 7

AJU

STE

CO

N A

PRIE

TE.

APRIETE FUERTE

Imposible desmontar sin deterioro. La unión puede transmitir esfuerzos.

Ensamble a prensa o por dilatación (verificar los esfuerzos internos).

z 7

B.2.2.7.- Designación de ajustes. Al designar un ajuste, se indica primero la dimensión nominal (común a las dos piezas), después la tolerancia para el agujero y finalmente la tolerancia para el árbol.

DIMENSION NOMINAL TOLERANCIA DEL AGUJERO / TOLERANCIA DEL ARBOL.

B.2.2.8.- Juego y apriete. En un ensamble en que la pieza continente (agujero), sea mayor que la pieza contenida (árbol), se dice que entre ambas queda un juego. Por definición, el juego es la diferencia entre la dimensión del agujero y la dimensión del árbol.

Juego = dimensión del agujero – dimensión del árbol.

Dado que las dimensiones del agujero y del árbol varían entre límites tolerables, el valor del juego también variara:

Juego máximo = dimensión máxima del agujero – dimensión mínima del árbol.

ANEXO B

26B

Esto es:

Jmax = Dmax – dmin.

Juego mínimo = dimensión mínima del agujero – dimensión máxima del árbol.

Entonces:

Jmini = Dmini – dmax.

Figura B.2.2.8.1.

En los ajustes con apriete, en los que el árbol es mayor que el agujero antes del ensamble, se dice que el apriete es la diferencia entre la dimensión del árbol y la dimensión del agujero.

Apriete = dimensión del árbol – dimensión del agujero.

Se tendrán también dos casos extremos en el valor del apriete:

Apriete max = dimensión máxima del árbol – dimensión mínima del agujero.

Amax = dmax – Dmini.

Apriete mini = dimensión mínima del árbol – dimensión máxima del agujero.

A mini = dmini – Dmaxi.

ANEXO B

27B

Figura B.2.2.8.2. B.2.2.9.- Tolerancia funcional. Se denomina tolerancia funcional (TF), a la diferencia entre los juegos máximo y mínimo o los aprietes máximo y mínimo. De la figura 7, TF = Jmax – Jmini = IT árbol + IT agujero. De la figura 8, TF = Amax – Amino = IT árbol + IT agujero. En general, la tolerancia funcional es igual a la suma de los intervalos de tolerancia:

TF = ∑ IT.

Es importante recordar esta relación, ya que para efectos de proyecto, se observa que los intervalos de tolerancia de cada pieza que determinan un juego o un apriete, corresponde a una fracción de la tolerancia funcional.

ANEXO B

28B

Tabla B.2.2.9.1.- tolerancias principales, valores en micras (0.001mm), temperatura de referencia 20°C.

Diámetros en mm ≤ 3 > 3 a

6 > 6 a

10 > 10 a 18

> 18 a 30

> 30 a 50

> 50 a 80

> 80 a 120

> 120 a 180

> 180 a 250

> 250 a 315

> 315 a 400

H6 +6 0

+8 0

+9 0

+11 0

+13 0

+16 0

+19 0

+22 0

+25 0

+29 0

+32 0

+36 0

H7 +10 0

+12 0

+15 0

+18 0

+21 0

+25 0

+30 0

+35 0

+40 0

+46 0

+52 0

+57 0

H8 +14 0

+18 0

+22 0

+27 0

+33 0

+39 0

+46 0

+54 0

+63 0

+72 0

+81 0

+89 0

H9 +25 0

+30 0

+36 0

+43 0

+52 0

+62 0

+74 0

+87 0

+100 0

+115 0

+130 0

+140 0 A

GU

JER

OS

H11

+60 0

+75 0

+90 0

+110+0

+130 0

+160 0

+190 0

+220 0

+250 0

+290 0

+320 0

+360 0

g5 -2 -6

-4 -9

-5 -11

-6 -14

-7 -16

-9 -20

-10 -23

-12 -27

-14 -32

-15 -35

-17 -40

-18 -43

h5 0 -4

0 -5

0 -6

0 -8

0 -9

0 -11

0 -13

0 -15

0 -18

0 -20

0 -23

0 -25

js5 +2 -2

+2.5 -2.5

+3 -3

+4 -4

+4.5 -4.5

+5.5 -5.5

+6.5 -6.5

+7.5 -7.5

+9 -9

+10 -10

+11.5 -11.5

+12.5 -12.5

k5 +4 0

+6 +1

+7 +1

+9 +1

+11 +2

+13 +2

+15 +2

+18 +3

+21 +3

+24 +4

+27 +4

+29 +4

f6 -6 -12

-10 -18

-13 -22

-16 -27

-20 -33

-25 -41

-30 -49

-36 -58

-43 -68

-50 -79

-56 -88

-62 -98

g6 -2 -8

-4 -12

-5 -14

-6 -17

-7 -20

-9 -25

-10 -29

-12 -34

-14 -39

-15 -44

-17 -49

-18 -54

h6 0 -6

0 -8

0 -9

0 -11

0 -13

0 -16

0 -19

0 -22

0 -25

0 -29

0 -32

0 -36

js6 +3 -3

+4 -4

+4.5 -4.5

+5.5 -5.5

+6.5 -6.5

+8 -8

+9.5 -9.5

+11 -11

+12.5 -12.5

+14.5 -14.5

+16 -16

+18 -18

m6 +8 +2

+12 +4

+15 +6

+18 +7

+21 +8

+25 +9

+30 +11

+35 +13

+40 +15

+46 +17

+52 +20

+57 +21

p6 +12 +6

+20 +12

+24 +15

+29 +18

+35 +22

+42 +26

+51 +32

+59 +37

+68 +43

+79 +50

+88 +56

+98 +62

e7 -14 -24

-20 -32

-25 -40

-32 -50

-40 -61

-50 -75

-60 -90

-72 -107

-85 -125

-100 -146

-110 -162

-125 -182

f7 -6 -16

-10 -22

-13 -28

-16 -34

-20 -41

-25 -50

-30 -60

-36 -71

-43 -83

-50 -96

-56 -108

-62 -119

h7 0 -10

0 -12

0 -15

0 -18

0 -21

0 -25

0 -30

0 -35

0 -40

0 -46

0 -52

0 -57

e8 -14 -28

-20 -38

-25 -47

-32 -59

-40 -73

-50 -89

-60 -106

-72 -126

-85 -148

-100 -172

-110 -191

-125 -214

f8 -6 -20

-10 -28

-13 -35

-16 -43

-20 -53

-24 -64

-30 -76

-36 -90

-43 -106

-50 -122

-56 -137

-62 -151

h8 0 -14

0 -18

0 -22

0 -27

0 -33

0 -39

0 -46

0 -54

0 -63

0 -72

0 -81

0 -89

d9 -20 -45

-30 -60

-40 -76

-50 -93

-65 -117

-80 -142

-100 -174

-120 -207

-145 -245

-170 -285

-190 -320

-210 -350

e9 -14 -39

-20 -50

-25 -61

-32 -75

-40 -92

-50 -112

-60 -134

-72 -159

-85 -185

-100 -215

-110 -240

-125 -265

d11 -20 -80

-30 -105

-40 -130

-50 -160

-65 -195

-80 -240

-100 -290

-120 -340

-145 -395

-170 -460

-190 -510

-120 -570

h11 0 -60

0 -75

0 -90

0 -110

0 -130

0 -160

0 -190

0 -220

0 -250

0 -290

0 -320

0 -360

ÁR

BO

LES

js11

+30-30

+37 -37

+45 -45

+55 -55

+65 -65

+80 -80

+95 -95

+110 -110

+125 -125

+145 -145

+160 -160

+180 -180

ANEXO B

29B

B.2.2.10.- Tolerancias generales. Es frecuente encontrar en dibujos técnicos, la anotación general de la tolerancia de las dimensiones que no se han especificado particularmente. En su mayoría, los valores son arbitrarios y resultan tolerancias muy cerradas en unos casos y muy abiertas en otros. Para uniformizar criterios se recomendó utilizar una especificación del tipo JS11 A JS13 para los casos en que la dimensión no sea funcional. De este modo, se tendrán IT que dependerán de la dimensión nominal. Para las tolerancias JS, con calidad 11 a 13 se tiene:

Tabla B.2.2.10.1. Diámetros en mm

≤ 3 > 3 a 6

> 6 a 10

> 10 a 18

> 18 a 30

> 30 a 50

> 50 a 80

> 80 a 120

> 120 a 180

> 180 a 250

> 250 a 315

> 315 a 400

JS11 y js11 ±30 ±37 ±45 ±55 ±65 ±80 ±95 ±110 ±125 ±145 ±160 ±180

JS 12 y js12 ±50 ±60 ±75 ±90 ±105 ±125 ±150 ±175 ±200 ±230 ±260 ±285

JS13 y js13 ±70 ±90 ±110 ±135 ±165 ±195 ±230 ±270 ±315 ±360 ±405 ±3445

IT de la tabla en µm

B.3.- PROPIEDADES Y CLASIFICACION DEL ACERO INOXIDABLE

B.3.1.-CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES

B.3.1.1.- Fundamentos ¿Qué es el acero inoxidable? La mayoría de los metales se oxidan, por ejemplo, la plata (Ag) se pone negra, el aluminio (Al) cambia a blanco, el cobre (Cu) cambia a verde y, ordinariamente, el acero cambia a rojo. En el caso del acero, el hierro (Fe) presente se combina con el oxígeno del aire para formar óxidos de hierro o “herrumbre”. A principios del siglo XX algunos metalurgistas descubrieron que adicionando poco más de 10% de cromo (Cr) al acero, éste no presentaba “herrumbre” bajo condiciones normales; la razón de ello es que el cromo suele unirse primeramente con el oxígeno para formar una delgada película transparente de óxido de cromo sobre la superficie del acero y excluye la oxidación adicional del acero inoxidable. En caso de que ocurra daño mecánico o químico, esta película es auto-reparable en presencia de oxígeno (ver figura B.3.1.1.1).

ANEXO B

30B

Figura B.3.1.1.1.- película de oxido de cromo, el oxigeno del medio forma una película protectora de oxido de cromo sobre la superficie del acero inoxidable.

El acero inoxidable es esencialmente un acero de bajo carbono, el cual contiene un mínimo de aproximadamente 10% de cromo en peso. Éste es, pues, uno de los mayores adelantos tecnológicos en la historia de la metalurgia: el descubrimiento del verdaderamente limpio acero inoxidable. B.3.1.2.- Desarrollo histórico Dentro de la siderurgia, la historia del acero inoxidable es relativamente corta y de hecho está en desarrollo continuo. Actualmente se encuentra en una etapa en la que los nuevos materiales deben vencer la resistencia de los patrones de compra existentes. En teoría, sólo unos pocos, los innovadores, lo compran y lo utilizan. La paternidad y fecha de aparición del acero inoxidable son muy distintas y dieron lugar a célebres procesos, sin embargo parece ser que su aparición en la industria se realizó simultáneamente en diversos países. En 1913, Brearley reveló en Inglaterra la buena resistencia a la corrosión de los aceros que contenían del 9 al 16% de cromo, patentando esta aleación en Canadá y Estados Unidos. Casi simultáneamente, en los Estados Unidos Elwool Haynes, quien había estudiado las aleaciones cobalto-cromo y cobalto-cromo-tungsteno, mencionaba la notable resistencia a la corrosión, incluso después de la adición de hierro, pero a condición de que los aceros contengan en su composición, al menos, 10% de cromo y 5% de cobalto. Asimismo, en una memoria publicada en 1914 en Alemania, Strauss y Maurer señalaron las propiedades de resistencia a la herrumbre y a los ácidos, de aquellos aceros que contenían una cantidad considerable de cromo y níquel (Ni).

ANEXO B

31B

En 1917 se patentaron en Francia los aceros que contenían del 10 al 15% de cromo y 20 al 40% de níquel, como resultado de los trabajos realizados por Cheverd. No obstante que las patentes datan de 1912, fue después de la Primera Guerra Mundial, —alrededor de 1920—, cuando se publicó un trabajo detallado y se lanzaron los aceros al mercado. Con las innovaciones técnicas desarrolladas después de la Segunda Guerra Mundial, se introdujeron los procedimientos técnicos de aceleración al oxiconvertidor, el laminador Sendzimir continuo, el tren planetario para la laminación en caliente, la colada continua, etc., lo que ocasionó un notable incremento de la producción con el consiguiente abaratamiento de los costos de producción y, por ende, un precio más comercial en el mercado.

B.3.2.- Conocimiento básico del proceso de producción El proceso de fabricación inicia con la fusión de hierro, chatarra y ferroaleaciones de acuerdo al grado de acero inoxidable a preparar; continúa con la refinación del acero para eliminar impurezas y reducir el contenido de carbono; posteriormente el acero líquido se cuela en continuo, se corta en planchones y se forman los rollos rolados en caliente. El proceso finaliza con el molino de laminación en frío, recocido y limpieza. B.3.2.1.- Laminación en frío Los rollos de acero inoxidable rolados en caliente se usan como materia prima para el proceso de laminación en frío. Este proceso consta de cuatro etapas que son: recocido y decapado de la materia prima, molinos de laminación en frío, línea de recocido y limpieza final, y por último la estación de acabado superficial. El molino de laminación en frío reduce el espesor sin calentamiento previo de la lámina que se adelgaza. Actualmente, el tipo de molino más utilizado es el tipo sendzimir, el cual consiste en un molino reversible con monoblock rígido y veinte rodillos de soporte. Las características de laminación en este tipo de equipo son su excelente planicidad y la precisión en el espesor. Después de los molinos sendzimir el material debe ser recocido ya que el trabajado en frío durante el rolado causa endurecimiento, por lo que, a fin de “ablandar” nuevamente el material, éste se somete a un tratamiento térmico. Este proceso consiste en la aplicación de calor a las bobinas de acero inoxidable durante un tiempo específico hasta que se logra un calentamiento uniforme a una determinada temperatura, donde la estructura cristalina regresa a su forma natural, previa al rolado en frío.

ANEXO B

32B

Después del recocido, las bobinas de acero inoxidable pasan a la etapa de limpieza que usualmente consiste en una serie de baños electrolíticos y de mezcla de ácidos; posteriormente los rollos están listos para su acabado final, el cual puede ser opaco, brillante, pulido con abrasivos, o bien con una textura impresa.

B.3.3.- Clasificación de los aceros inoxidables

B.3.3.1.- Familias de aceros inoxidables Existen varios grupos o familias de aceros inoxidables, y cada uno contiene un número específico de tipos con características distintas. Con objeto de entender la nomenclatura, es necesario establecer que la estructura interna de los metales está compuesta de un arreglo entre los átomos que forma una red espacial y que para su estudio se ha llamado estructura cristalina. Considere el diagrama simplificado de fases del sistema binario hierro carbono (ver figura 2).

Figura B.3.3.1.1.- diagrama simplificado de fases del sistema binario hierro –

carbono. El hierro existe en tres formas cristalinas que son: alfa, gama y delta en diferentes y específicas temperaturas, desde la temperatura ambiente y hasta el punto de fusión. Los límites específicos que definen estas formas alotrópicas varían con el contenido de carbono, y las estructuras cristalinas varían de acuerdo con su capacidad para disolver el carbono. Ferrita es el cristal centrado en el cuerpo con una capacidad muy limitada de disolver carbono; austerita es la forma gama (γ - austenita) y es un cristal centrado en la cara con alta capacidad de disolver carbono. Ferrita cambia a austenita a temperaturas que disminuyen desde 910°C conjuntamente con el incremento de carbono y el enfriamiento lento permite un gradual y ordenado regreso a ferrita. Sin embargo cuando la aleación Fe-C es enfriada rápidamente, el carbono queda

ANEXO B

33B

fuera de la solución y produce una estructura acicular llamada martensita, la cual es muy dura. Estos tres términos — martensita, ferrita y austerita — son también las descripciones de las tres principales familias de aceros inoxidables. B.3.3.2.- Cómo se designan los aceros inoxidables En el pasado, las designaciones de los aceros inoxidables se formularon bajo los lineamientos de American Iron and Steel Institute (AISI). Recientemente, cuando la AISI fue reemplazada por el Specialty Steel Institute of North America (SSINA), esas designaciones fueron substituidas por el código UNS (Unified Numbering System) formulado conjuntamente por la Society of Automotive Engineers (SAE) y por American Society for Testing and Materials (ASTM). B.3.3.3.- Aleaciones Debido a que los metales puros presentan propiedades mecánicas pobres, rara vez tienen aplicaciones industriales, sin embargo se ha desarrollado una gama muy amplia de aleaciones con propiedades específicas, adecuadas para aplicaciones industriales particulares. En términos generales, las aleaciones son mezclas de un metal base, el cual está presente en mayor proporción y otro u otros elementos (metálicos o no metálicos), mismos que influyen en las propiedades de la aleación (ver figura B.3.3.3.1).

Figura B.3.3.3.1.- relaciones de composición y propiedades de los aceros

inoxidables.

ANEXO B

34B

B.3.4.- Clases de acero inoxidable El acero inoxidable puede ser clasificado en cinco diferentes familias; cuatro de éstas corresponden a las particulares estructuras cristalinas formadas en la aleación: austenita, ferrita, martensita, y dúplex (austenita más ferrita); mientras que la quinta familia son las aleaciones endurecidas por precipitación, que están basadas más en el tipo de tratamiento térmico usado que en la estructura cristalina. (Ver tabla B.3.4.1).

Tabla B.3.4.1. clasificación de los aceros inoxidables.

El tipo de material utilizado de clase austenitico, de la serie 300, y es el 304. B.3.4.1.- Aceros inoxidables austeníticos Los aceros inoxidables austeníticos constituyen la familia con el mayor número de aleaciones disponibles, integra las series 200 y 300 AISI. Su popularidad se debe a su excelente formabilidad y superior resistencia a la corrosión. Sus características son las siguientes:

• Excelente resistencia a la corrosión. • Endurecidos por trabajo en frío y no por tratamiento térmico. • Excelente soldabilidad. • Excelente factor de higiene y limpieza. • Formado sencillo y de fácil transformación.

ANEXO B

35B

• Tienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas extremas, bajas temperaturas (criogénicas) previniendo la fragilización, y altas temperaturas (hasta 925°C). • Son esencialmente no magnéticos. Pueden ser magnéticos después de que son tratados en frío. El grado de magnetismo que desarrollan después del trabajo en frío depende del tipo de aleación de que se trate.

B.3.4.1.1.- Metalurgia básica Como su nombre lo indica, tienen configuración metalográfica austenítica. Esta estructura cristalina es cúbica centrada en las caras (fcc). Esta familia de aceros se obtiene adicionando elementos formadores de austenita, tales como níquel, manganeso y nitrógeno. El contenido de cromo generalmente varía del 16 al 26% y su contenido de carbono se mantiene siempre muy bajo, en el rango de 0.03 a 0.08%. El cromo proporciona una resistencia a la oxidación y a la corrosión hasta temperaturas aproximadas de 650°C en una variedad de ambientes. El níquel, y en menor extensión el manganeso, se adiciona a estos aceros para estabilizar la fase austenítica en un amplio rango de temperaturas y evitar así su transformación en martensita cuando son enfriados rápidamente a temperatura ambiente. Los aceros austeníticos se dividen en dos categorías: Serie 300 AISI. Aleaciones cromo-níquel. Serie 200 AISI. Aleaciones cromo-manganeso - nitrógeno. B.3.4.1.2.- Serie 300 AISI Es la más extensa y son aleaciones Cr-Ni. El níquel es un elemento estabilizador o formador sustitucional de austenita, y se emplea con este propósito en un porcentaje de 4 a 37%. La serie 300 AISI mantiene alto contenido de níquel y hasta 2% de manganeso. También pueden contener molibdeno, cobre, silicio, aluminio, titanio y niobio, elementos que son utilizados para conferir ciertas características, como podría ser el prevenir en las estructuras soldadas la corrosión en la región cercana a la soldadura. En ciertos tipos se usa azufre o selenio para mejorar su habilidad de ser maquinados.

ANEXO B

36B

Figura B.3.4.1.2.1.- familia de los aceros inoxidables austeniticos.

B.3.5.-Características de los aceros inoxidables B.3.5.1.- CLASE III - Grupo Austenítico B.3.5.1.1.- 304, 304L Comúnmente llamado el acero inoxidable “todo propósito”, tiene propiedades adecuadas para gran cantidad de aplicaciones. Se recomienda para

ANEXO B

37B

construcciones ligeras soldadas en las que el recocido no es práctico o posible, pero que requieren buena resistencia a la corrosión. Otras propiedades del tipo 304 son su servicio satisfactorio a altas temperaturas (800° a 900°C) y buenas propiedades mecánicas. El tipo 304 contiene bajo carbono con lo que se evita la precipitación de carburos durante periodos prolongados de alta temperatura; tiene un contenido de carbono de 0.08% máximo por lo que se le considera un material satisfactorio para la mayoría de las aplicaciones con soldadura. El tipo 304L es recomendable cuando se tienen que soldar altos espesores de material (más de 1/ de pulgada) y la exposición a la temperatura de soldadura es mayor. Este grado contiene 0.03% máximo de carbono. En las aplicaciones de soldadura donde es posible el recocido, los carburos que se forman pueden ser eliminados por recocido seguido por enfriamiento rápido. El recocido sirve para relevar esfuerzos residuales en el área soldada.

Tabla B.3.5.1.1.1. aplicaciones más comunes de los grados austeniticos.

ANEXO B

38B

B.3.6.- Características de la corrosión B.3.6.1.- Fundamentos La corrosión es el mecanismo espontáneo con el que la naturaleza revierte los procesos de obtención de los materiales, causando la alteración o destrucción de la mayor parte de los bienes fabricados por el hombre. La experiencia nos ha enseñado que los metales comunes poseen diferentes tendencias a corroerse. El acero inoxidable no es un material indestructible. La corrosión puede revertir a un acero, que es una forma no natural de hierro, en su óxido natural: la hematina (Fe2O3), mineral de color rojizo, que no es más que la herrumbre coloquialmente llamado “óxido”. B.3.6.2.- ¿Por qué el acero inoxidable es resistente al óxido? Todos los aceros inoxidables poseen una alta resistencia a la corrosión debida, principalmente, al contenido de cromo en la aleación. Esta adición de poco más de 10% de cromo permite la formación de una delgada película transparente de óxido de cromo sobre la superficie del acero y excluye la oxidación adicional del acero inoxidable. En caso de que ocurra daño mecánico o químico, esta película es auto-reparable en presencia de oxígeno (ver figura B.3.6.2.1). Se dice entonces que el acero inoxidable tiene una propiedad denominada pasividad, y a la película protectora se le conoce como la capa pasiva.

Figura B.3.6.2.1. Película de óxido de cromo.

B.3.6.3.- La capa pasiva La pasividad es la resistencia natural que poseen los aceros inoxidables para combatir la corrosión, y se define como el estado en el que un metal o una aleación pierde su reactividad química y se transforman en inerte.

ANEXO B

39B

El contenido de poco más de 10% de cromo da al acero inoxidable su pasividad, lo cual se debe a la formación en su superficie de una película extremadamente delgada, uniforme, continua, resistente y estable de óxido de cromo. La capa pasiva se puede mejorar adicionando elementos de aleación que permiten ampliar la gama de aceros inoxidables que, junto con una selección cuidadosa y la adecuada fabricación, pueden satisfacer una amplia variedad de necesidades en diversos sectores industriales.

B.3.7.- ABEDUL.

(Betula pendula)

Peso específico: 0,66 g/cm3

Árbol de la familia de las Betuláceas.- Es un árbol que se extiende por todo el hemisferio norte, en Canadá encontramos el conocido como (Betula alleghaniensis) o abedul amarillo, y en Europa las variedades (Betula pendula y Betula pubescens).- Es un árbol que abunda mucho pero, su tamaño no llega a ser demasiado grande; siendo los países del norte de Europa, donde su desarrollo es mayor.- La madera del abedul es de textura fina y de color casi blanco, aunque el duramen del abedul amarillo tiene un color parduzco, el grano es continuo, casi sin dibujo, aunque también se puede encontrar alguna madera con cierto veteado.- La madera del abedul canadiense es bastante pesada, siendo su peso específico parecido al del roble; las especies europeas son mas ligeras.- No es madera apta para exteriores sobre todo con grandes índices de humedad ya que se pudre con facilidad.- La madera de abedul es blanda y las mas resistente de este tipo.- Se trabaja bien tanto a mano como a máquina, sirve para hacer láminas de contrachapado e interiores de muebles.- Es buena para torno y soporta también bien la talla, en Asturias es empleada para hacer una especie de calzado, que se empleaba mucho en el campo en tiempos pasados, llamado madreñas.-

Figura B.3.7.1.- tabla de abedul.

ANEXO B

40B

B.4.- DECAPADO Y PASIVADO DEL ACERO INOXIDABLE. B.4.1.- La capa pasiva del acero inoxidable.

Resistencia a la corrosión del acero inoxidable se debe a una película «pasiva» de un óxido complejo rico en cromo, que se forma espontáneamente en la superficie del acero. Éste es el estado normal de las superficies de acero inoxidable y se conoce como «estado pasivo» o «condición pasiva». Los aceros inoxidables se autopasivarán espontáneamente cuando una superficie limpia se exponga a un entorno que pueda proveer de suficiente oxígeno para formar la capa superficial de óxido rico en cromo. Esto ocurre automática e instantáneamente, siempre que haya suficiente oxígeno disponible en la superficie del acero. No obstante la capa pasiva aumenta de grosor durante algún tiempo después de su formación inicial. Ciertas condiciones naturales, como el contacto con el aire o con agua aireada, crearán y mantendrán la condición pasiva de la superficie frente a la corrosión. De este modo los aceros inoxidables pueden mantener su resistencia a la corrosión, incluso si se hubiesen producido daños mecánicos (p.ej., rasguños o mecanización), y contar así con un sistema propio autorreparador de protección a la corrosión. El cromo de los aceros inoxidables es el principal responsable de los mecanismos de autopasivación. A diferencia de los aceros al carbono o estructurales, los aceros inoxidables deben tener un contenido mínimo de cromo del 10,5% (en peso) (y un máximo del 1,2% de carbono). La resistencia a la corrosión de estos aceros al cromo puede mejorarse con la adición de otros elementos de aleación como níquel, molibdeno, nitrógeno y titanio (o niobio). Esto proporciona una gama de aceros resistentes a la corrosión para un amplio espectro de condiciones de trabajo, y además, potencia otras propiedades útiles como son la conformabilidad, la fuerza y la resistencia térmica (al fuego). Los aceros inoxidables no pueden ser considerados como resistentes a la corrosión en todas las condiciones de trabajo. Dependiendo del tipo (composición) de acero, habrá ciertas condiciones en las que se pierda el «estado pasivo» y no pueda recomponerse. En ese caso la superficie se convierte en «activa», y se produce la corrosión. Pueden darse condiciones activas en zonas pequeñas privadas de oxígeno de los aceros inoxidables, tal como en uniones mecánicas, esquinas compactas o en soldaduras incompletas o mal acabadas. El resultado puede ser formas «localizadas» de grietas o picaduras. El acero inoxidable tiene una propiedad única: se autorrepara. Debido a los elementos de aleación del acero inoxidable, se forma una fina «capa pasiva» transparente sobre la superficie. Incluso si la superficie de acero inoxidable fuese rayada o dañada de algún otro modo, esta capa pasiva, de sólo unos átomos de espesor, se recompone instantáneamente por acción del oxígeno del aire o del

ANEXO B

41B

agua. Esto explica por qué el acero inoxidable no requiere ningún recubrimiento u otra protección a la corrosión para mantenerse limpio y brillante incluso tras decenios de uso.

Figura B.4.1.1.- mecanismo de autorreparacion del acero inoxidable.

B.4.2.- Descascarillado. Descascarillado es la eliminación de una gruesa capa de óxido visible de la superficie. Este óxido suele ser de color gris oscuro. Este proceso se hace rutinariamente en la planta siderúrgica antes de entregar el acero. El descascarillado en acería es un proceso que suele constar de dos fases, una para desprender mecánicamente la «cascarilla de laminación», la segunda para retirar la cascarilla suelta de la superficie metálica. A continuación la superficie de metal expuesta es normalmente decapada para retirar la capa de metal situada inmediatamente debajo de la cascarilla, pero esta fase del proceso debería ser considerada independientemente. Aunque pudiera producirse algún ligero descascarillado en la zona de soldadura afectada por altas temperaturas o durante ciertos procesos de tratamiento térmico en elementos fabricados de acero inoxidable, generalmente no se necesitan operaciones adicionales de descascarillado.

Figura B.4.2.1.- Superficie de acero inoxidable laminado en caliente antes del

descascarillado: el color gris oscuro es consecuencia de las altas temperaturas a las que se realiza el proceso de laminación en caliente. Estas temperaturas

inevitablemente producen una cascarilla de óxido de este tipo.

ANEXO B

42B

B.4.3.- Decapado El decapado es la eliminación de una fina capa de metal de la superficie del acero inoxidable. Se suelen emplear mezclas de ácido nítrico y fluorhídrico para el decapado de los aceros inoxidables. El decapado es el proceso utilizado para eliminar las manchas de termocoloración por soldadura de la superficie de elementos de acero inoxidable, en los que se ha reducido el contenido de cromo de la superficie del acero.

Figura B.4.3.1.- Superficie descascarillada, recocida y decapada: la cascarilla de óxido se elimina por medios mecánicos (desincrustación, granallado, cepillado)

que dejan la superficie áspera. A continuación ésta se decapa y pasiviza. El resultado tiene un aspecto gris mate.

Figura B.4.3.2.- Elementos tubulares de acero inoxidable: las zonas soldadas han

sido sometidas a altas temperaturas y muestran una leve cascarilla. Estas manchas de soldadura generalmente sólo se pueden eliminar mediante decapado.

ANEXO B

43B

B.4.4.- Pasivado El pasivado se suele producir de modo espontáneo en las superficies de acero inoxidable, pero a veces puede ser necesario favorecer el proceso con tratamientos de ácido oxidante. A diferencia con el decapado, durante el pasivado mediante ácido no se elimina metal alguno de la superficie. En cambio la calidad y el espesor de la capa pasiva crecen rápidamente en el proceso de pasivado mediante ácido. Pueden darse circunstancias en que los procesos de decapado y pasivado se produzcan sucesivamente (en lugar de simultáneamente), durante tratamientos que empleen ácido nítrico, si bien el ácido nítrico por sí mismo sólo podrá pasivar las superficies de acero inoxidable. No es un ácido efectivo para decapar aceros inoxidables. B.4.5.- Limpieza. No puede dependerse solamente de los tratamientos por ácido para la eliminación de aceites, grasas, o contaminantes inorgánicos que podrían también impedir la correcta formación de la capa pasiva. Puede ser necesaria la combinación de tratamientos de desengrasado, limpieza, decapado y pasivado para preparar adecuadamente las superficies de acero inoxidable mecanizadas o manufacturadas para las condiciones de trabajo previstas. Si las piezas de acero inoxidable estuviesen sensiblemente cubiertas de grasa o aceite, entonces deberá realizarse una operación de limpieza antes del tratamiento por ácido.

Figura B.4.5.1.- Efecto Irregular del tratamiento por ácido debido a la falta de una

limpieza previa B.5.6.- Resultados del decapado y pasivado. Efecto del tratamiento de superficie en un recipiente de acero inoxidable: antes del tratamiento, en la figura B.4.6.1 el recipiente muestra suciedad y rasguños debidos a la manipulación y rastros de pintura.

ANEXO B

44B

Figura B.4.6.1.- recipiente antes de tratamiento.

En la figura B.4.6.2 se muestra la acción combinada de limpieza, decapado y pasivado que produce una superficie uniforme.

Figura B.4.6.2.- recipiente después del tratamiento de limpieza, decapado y

pasivado.

ANEXO B

45B

B.5.- ACABADOS SUPERFICIALES EN LOS ACEROS INOXIDABLES.

B.5.1.- Aspectos técnicos y prácticos.

Un acero inoxidable y un acabado superficial adecuados, junto con un buen diseño y un correcto programa de mantenimiento, aseguran una larga vida, un mantenimiento escaso y una superficie resistente a la corrosión. Los fabricantes de acero inoxidable y las asociaciones afines proporcionan información detallada sobre los aspectos importantes en cuanto a la elección del material, fabricación, soldadura y mantenimiento. En la siguiente tabla B.5.1.1 se muestran los diferentes tipos de acabados superficiales en planchas y bobinas1 y su nomenclatura. Abreviatura2 Tipo de ruta de

proceso Acabado

superficial observaciones

1U Laminado en caliente, no tratado térmicamente, no descascarillado.

Cubierto con cascarilla de laminación.

Adecuado para productos que van a ser objetos de transformaciones posteriores, por ejemplo, bandas para relaminado

1C Laminado en caliente, tratado térmicamente, no descascarillado.

Cubierto con cascarilla.

Adecuado para productos que van a ser descascarillados, o mecanizados posteriormente o para ciertas aplicaciones a altas temperaturas.

1E

Laminado en caliente, tratado térmicamente, descascarillado mecánicamente.

Sin cascarilla.

El modo de descascarillado mecánico elegido (por ejemplo, amolado o granallado), depende del tipo de acero y del producto, y se deja a la elección del fabricante salvo acuerdo en contrario.

Laminado en caliente

1D Laminado en caliente, tratado térmicamente, decapado.

Sin cascarilla.

Acabado habitual en la mayoría de tipos de acero con el fin de asegurar una buena resistencia a la corrosión; acabado igualmente frecuente para los productos que van a sufrir transformaciones posteriores. Marcas de amolado toleradas. Acabado más grosero que 2D o 2B.

2H Endurecido por deformación en frió Brillante. Endurecido por deformación en frió, para obtener

un nivel de resistencia mecánica mas elevado.

2C Laminado en frió, tratado térmicamente, no descascarillado.

Liso, con cascarilla del tratamiento térmico.

Adecuado para piezas que van a ser descascarilladas o mecanizadas posteriormente o para ciertas aplicaciones a altas temperaturas.

2E

Laminado en frió, tratado térmicamente, descascarillado mecánicamente.

Rugoso y mate. En general se aplica a los aceros que presentan una cascarilla resistente al decapado. Puede ser seguido de un decapado

2D Laminado en frió, tratado térmicamente, decapado.

Liso. Acabado para buena ductilidad, pero no tan liso como 2B o 2R.

2B

Laminado en frió, tratado térmicamente, decapado y procesado en Skin Pass.

Más liso que 2D.

Acabado habitual para la mayoría de los aceros. Asegura una buena resistencia a la corrosión, lisura y planicidad. También habitual para procesos posteriores. El Skin Pass puede sustituirse por un aplanado bajo tensión.

2R Laminado en frió, recocido brillante3.

Liso, brillante y reflectante.

Acabado más liso y más brillante que 2B. Igualmente habitual para transformación posterior.

Laminado en frió.

2Q Laminado en frió, templado y revenido, sin cascarilla.

Sin cascarilla

El temple y revenido puede realizarse en atmósfera protectora o en atmósfera oxidante cuyo caso incluiría un proceso de descascarillado.

ANEXO B

46B

Abreviatura2 Tipo de ruta de proceso

Acabado superficial

observaciones

1G o 2G Amolado4 Ver nota5 Puede especificarse en base a tamaño de grano de la muela o rugosidad superficial. Tiene una textura unidireccional, no muy reflectante.

1J o 2J Cepillado4 o pulido4 mate.

Más liso que amolado. Ver nota5.

Puede especificarse el grano de cepillado, tipo de cinta abrasiva o rugosidad superficial. Tiene una textura unidireccional, no muy reflectiva.

1K o 2K Pulido satinado. Ver nota5.

Exigencias especificas complementarias al tipo de acabado “J” con el objetivo de obtener una resistencia a la corrosión adecuada en ambientes marinos y en aplicaciones arquitectónicas. Son acabados con rugosidad transversal Ra < 0.5mm y con un aspecto superficial limpio.

1P o 2P Pulido espejo. Ver nota5

Pulido mecánico. Puede especificarse el tipo de proceso o la rugosidad superficial. Acabado no direccional, que refleja las imágenes con gran precisión.

2F

Laminado en frió, tratado térmicamente, procesado en Skin Pass con cilindros de laminación rugosos.

Superficie uniforme, mate y no reflectiva.

Tratamiento térmico por recocido brillante o por recocido y decapado.

1M Se usa como chapa antideslizante para suelos.

2M Lagrimado. Con relieve (acabado Emboss).

Diseño a acordar. Segunda superficie plana.

Se usan grabados con fina textura principalmente en aplicaciones arquitectónicas.

2W Corrugado. Diseño a acordar. Se usa para aumentar la resistencia mecánica por sus efectos estéticos.

2L Coloreado4. Diseño a acordar.

Acabados especiales.

1S o 2S Superficie recubierta4. Recubierta por ejemplo, con estaño, aluminio o titanio.

1. todas las gamas de fabricación y acabados superficiales no están disponibles para todos los tipos de acero. 2. primer digito 1 = laminado en caliente, 2 = laminado en frió. 3. puede estar procesado en Skin Pass. 4. solo en una superficie a menos que se acuerde lo contrario en el pedido. 5. dentro de la descripción de cada acabado, las características pueden varias y pueden necesarias mayores

precisiones para especificar correctamente el acabado deseado (por ejemplo grano de abrasivos o rugosidad superficial.

1011 2006 esime-zac maestria rivera arellano victorhugo

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