DISENO Y CONSTRUCCIN DE UNA CLASIFICADORA DE DURAZNOS PARA INDUSTRIAS FRUTOS EL PRADO

ANDRS MAURICIO MORENO URIBECARLOS MAURICIO GMEZ FLOREZ

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERAINGENIERA MECNICASAN JOS DE CCUTA2015Tabla de contenido

Pg.

Lista de tablas.Lista de figuras.67

Lista de anexos.8

Introduccin.9

1.Problema.10

1.1Ttulo.10

1.2Planteamiento del problema.10

1.3Formulacin del problema.11

1.4Objetivos.11

1.4.1Objetivo general.11

1.4.2Objetivos especficos.11

1.5Justificacin12

1.6Alcances y delimitaciones13

1.6.1Alcances13

1.6.2Limitacin13

1.6.3Delimitacin espacial13

1.6.4Delimitacin temporal13

1.6.5Delimitacin conceptual

13

2.0Marco referencial14

2.1Antecedentes14

2.2Marco conceptual15

2.3Marco terico16

2.3.1Resistencia y esfuerzo 16

2.3.2Esfuerzo y deformacin18

2.3.3Falla por fatiga20

2.3.4Transmisin por bandas21

2.3.5Transmisiones por bandas planas o redondas23

2.3.6Transmisin por cadenas de rodillos24

2.4Marco contextual27

2.5Marco legal

29

3.Diseo metodolgico31

3.1Tipo de investigacin31

3.2Fases de la investigacin31

4.Administracin del proyecto32

4.1Recursos humanos32

4.2Recursos institucionales32

4.3Recursos financieros

33

5.Cronograma de actividades

34

Bibliografa

Anexos

35

37

Lista de tablasPag

Tabla 1. Tipos de bandas 18

Tabla 2. Datos y dimensiones de las cadenas de rodillos 22

Tabla 3. K variable dependiente con respecto (N-n)/C24

Tabla 4. Recursos financieros30

Tabla 5. Cronograma de actividades 31

Lista de figurasPag

Grfico esfuerzo vs deformacin.

17

Geometra de bandas planas. A) banda abierta. B) banda cruzada.19

Transmisiones de bandas no inversoras e inversoras. A) banda abierta no inversora. B) banda cruzada inversora. c) transmisin de banda abierta

19

Construccin de la cadena de rodillos 21

Esquema de transmisin de potencia cadena pin.23

Mapa del rea del cultivo, industrias frutos el Prado, vereda Icota.25

Lista de anexosPag

Fruto que se selecciona con una diferencia de 5 mm de tamao entre uno y otro. 31

Clasificacin de tamaos. La fruta se clasifica segn su dimetro ecuatorial. 31

Introduccin

El desarrollo de ciencia y tecnologa, siempre ha caracterizado los procesos de produccin y recoleccin de alimentos, y se evidencia en Colombia, que desde el ltimo cuarto de siglo, el campo entr en una nueva etapa de revolucin agrcola en la cual, la demanda de alimentos y los mercados emergentes hacen que a cada momento, se tecnifique ms el agro.En esta apuesta por el campo, la automatizacin de procesos y el diseo de sistemas ms eficientes es una de las tareas del ingeniero mecnico en la industria, los cuales junto a la aplicacin de tecnologas, garantizan mejores capacidades de produccin o servicios.Industria frutos El Prado, se encuentra localizada en la vereda de Icota, perteneciente al municipio de Ccota, siempre ha estado a la vanguardia en la implementacin de nuevas tcnicas y procesos del cultivo de Durazno, el cual se cataloga en nivel tipo exportacin, por sus altos estndares de calidad.La propuesta enmarcada en este anteproyecto consiste en el diseo y la construccin de una mquina que clasifique el durazno en sus diversos tamaos, y as, adoptar un nuevo sistema de seleccin, el cual representara menores tiempos en el embalaje del producto y su comercializacin.

viii

1. Problema

1.1 Ttulo

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA CLASIFICADORA DE DURAZNOS PARA INDUSTRIAS FRUTOS EL PRADO.

1.2 Planteamiento Del Problema

Industrias Frutos El Prado, en temporada de post cosecha puede llegar a albergar en sus bodegas hasta 1 tonelada del fruto al da, el cual, al no ser clasificado y embalado oportunamente, se expone a factores climticos como la humedad, la maduracin prematura y el deterioro por especies de aves e insectos de la regin; todo lo anterior representa prdidas econmicas e incumplimientos a la logstica de entrega de pedidos y tiempos de transporte.El modelo actual de clasificacin, que se realiza por medio de la comparacin manual de los tamaos del fruto, resulta agotador y tedioso para las personas dedicadas a esta actividad, ya que involucran mucho tiempo. Por otro lado existen mquinas clasificadoras importadas a un costo excesivamente alto para ser adquiridas por los pequeos productores, lo que hace que el proceso sea an ms tardo, y no se pueda competir a nivel exportacin.

1.3 Formulacin del problema

Cul ser del diseo de una seleccionadora de durazno adecuado?

1.4 Objetivos

1.4 Objetivo general. Disear y construir una mquina clasificadora de duraznos.

1.5 Objetivos especficos

Determinar las condiciones y los parmetros de diseo de una mquina capaz de separar el fruto de acuerdo al tamao del mismo Realizar el diseo y la seleccin de los elementos de la mquina Elaborar los costos de la seleccionadora Elaborar los planos de construccin y de montaje Construir la mquina clasificadora. Realizar las pruebas necesarias para garantizar el normal funcionamiento de la mquina. Elaborar el manual de funcionamiento y mantenimiento de la mquina.

1.6 Justificacin

Este proyecto se argumenta en el hecho de disear una mquina que clasifique el fruto en diversos tamaos y con buenos tiempos de trabajo. Industrias frutos El Prado, en una de sus etapas, selecciona el durazno entre los cinco tamaos, los cuales son el 4, 3, 2 1 y el 0 (Ver anexo 1 y 2). Esta parte del proceso, actualmente, se realiza por parte del recurso humano, el cual, comparando tamaos y colores logra la seleccin. Implementando la clasificadora, en este punto del proceso, se generara una ventaja a la hora de lograr embalar el producto en un menor tiempo. Adems, la manipulacin del fruto por parte de los obreros sera mnima, y as se cumplira con los estndares de calidad y sanidad en lo referente a la manipulacin de alimentos y el trato a las frutas.Este estudi dar pie a la industrializacin de los procesos de clasificacin de frutos y a la tecnificacin del agro en general, dejando la puerta abierta a la implementacin de nuevos proyectos por parte de los estudiantes de ingeniera mecnica de la Universidad Francisco de Paula Santander en nuestra regin.La realizacin de este proyecto obedece a la necesidad de disear un proceso en el cual la clasificacin por tamao de los duraznos sea ms eficiente y en menor tiempo. Al implementar esta mquina, disminuir la mano de obra utilizada, permitiendo as, que el productor ocupe en otras tareas a sus empleados, con lo cual se ahorrar tiempo y recursos, aumentando de este modo la productividad de industrias frutos El Prado.

1.7 Alcances y delimitaciones

1.7.1 Alcances. El presente proyecto incluye el diseo y construccin de la mquina clasificadora de duraznos para la industrializadora frutos el prado y se realizar en las instalaciones de la UFPS. La capacidad de la mquina clasificadora ser de 1 tonelada por hora.

1.7.2 Limitacin. La disponibilidad de tiempo para el uso de la planta fsica y talleres de la universidad es un limitante para la construccin de la clasificadora.

1.7.3 Delimitacin espacial. El estudio, clculo, diseo y construccin de la clasificadora tendr lugar en los talleres de la UFPS, luego, la instalacin de la mquina y su puesta en marcha definitiva se har en el municipio de Ccota, Vereda Icota, Finca el Prado, sobre la ruta nacional 55.

1.7.4 Delimitacin temporal. El proyecto se desarrollar en un tiempo de 16 semanas, a partir de la aprobacin del anteproyecto; con este perodo de tiempo se asegura su completo desarrollo.

1.7.5 Delimitacin conceptual. Para la ejecucin de este proyecto, se requerirn los conceptos adquiridos en el rea de clculo de elementos de mquinas, materiales de ingeniera, procesos de manufactura, mecanismos, vibraciones mecnicas, mquinas elctricas.

2. Marco referencial

2.1 Antecedentes

Amagandi y Lamia. (2013). Diseo y construccin de una mquina clasificadora de maz partido. Trabajo de grado. Ingeniero mecnico. Riobamba: Escuela Superior Politcnica de Chimborazo. Facultad de mecnica. Dirigido al sector avcola. Para su realizacin, se basaron en ensayos de granulometra; obteniendo como resultado el dimetro de 3mm y 6mm. Con estos dimetros se hizo el diseo de la maquina clasificadora y para una capacidad de 1500kg/h de maz partido, satisfaciendo las necesidades del sector avcola. Angos y Calvopia. (2013). Diseo, construccin y simulacin de una maquina clasificadora de frutos. Trabajo de grado. Ingeniero mecnico. Universidad de las Fuerzas Armadas de la Ciudad de Quito. El diseo se hizo para una capacidad de 200kg/h para cinco tamaos de frutos. Jaimes y Montejo. (1992). Diseo y construccin de una seleccionadora de cacao. Trabajo de grado. Ingeniero mecnico. Ccuta: Universidad Francisco de Paula Santander.Rodrguez, Suarez y Rodrguez (2006). Diseo y clculo de una lnea de procesamiento para lavar, encerar y clasificar fruta ctrica. Trabajo de grado. Ingeniero mecnico. Ccuta: Universidad Francisco de Paula Santander. Su objetivo es la preservacin y mejoramiento de la calidad de la fruta ctrica, evitando el deterioro prematuro y conservando sus propiedades naturales. La lnea de procesamiento consta de cinco secciones principales las cuales son: lavado, pre secado, encerado, secado, y clasificado, la ms importante es el proceso de encerado, donde se aplica a la fruta ctrica la cera de resina natural. 2.2 Marco Conceptual

Ajuste: Relacin dimensional entre piezas a acoplar, tal como ajuste forzado, ajuste en caliente o ajuste corredizo.Alimentador de correa: transportador de correa para trayectos cortos utilizados para transportar materiales slidos granulados o en forma de polvo desde un almacn o el suministrador hasta el lugar de utilizacin. Por ejemplo desde una tolva a un reactor qumico. Tambin se conoce como cinta alimentadora.Cadena: El elemento principal de la transmisin que define la seguridad y duracin de su trabajo es la cadena construida por eslabones unidos articuladamente. Las cadenas se fabrican en empresas especializadas. La construccin, dimensiones, materiales, caractersticas mecnicas y exactitud de las cadenas estn reglamentas por los estndares y normas.Clasificador: cualquier aparato para separar mezclas de materiales en sus constituyentes de acuerdo con su tamao y densidad.Diseo de mquinas: Aplicacin de la ciencia y el ingenio al desarrollo, especificacin y construccin de mquinas.Mquina: combinacin de cuerpos rgidos o resistentes que tienen movimientos definidos. Capaz de realizar trabajo til.Motor: Una mquina en la cual se emplea energa para realizar un trabajo por la conversin de varias formas de energa en fuerzas y movimiento.Normalizacin: Adopcin de procedimientos, dimensiones, materiales, o piezas uniformes, generalmente aceptadas, que afectan de forma directa el diseo de un producto o de un bien.Pin: La rueda ms pequea de una par de engranajes o el engranaje ms pequeo de un tren de engranes.Polea: Rueda con una llanta plana, redondeada o ranurada, que gira sobre un eje y lleva una correa plana, unas correa en forma de V, una cinta, o una cadena, para transmitir movimiento y energa.Tensin: tensin. 1. Condicin de una cuerda, alambre o varilla que se estira entre dos puntos. 2. Fuerza que ejerce el objeto estirado sobre un soporte.Tren de engranajes: gear train. Combinacin de dos o ms engranajes utilizados para transmitir el movimiento entre dos rboles giratorios o entre un rbol y una corredera.

2.3 Marco terico2.3.1 Resistencia y esfuerzo. De acuerdo a shigley (2012), en el diseo de elementos de mquinas, un concepto importante a considerar es la resistencia de los materiales con los cuales se construirn estos elementos. La resistencia de los materiales depende de la seleccin, el proceso y el tratamiento trmico del material.

El esfuerzo, segn Shigley (2012), en elemento de mquina o cuerpo, es la propiedad de estado en un punto determinado, y es una funcin de la carga aplicada, su geometra, la temperatura a la cual se somete y el proceso de manufactura empleado en su construccin. El esfuerzo debido a carga se halla mediante:

Donde, P : Carga (Newton)A: rea de la seccin transversal (mm): Esfuerzo (MPa)

EL esfuerzo debido a la temperatura se halla:

Donde,E: Mdulo de elasticidad del material (MPa): Coeficiente de dilatacin trmica del material (C-1)T: Cambio de temperatura (C)

Shigley (2012). En el diseo el diseo de elementos de mquinas, a veces es conveniente realizar cambios en su seccin transversal, o realizar agujeros, ranuras. Estas discontinuidades alteran la distribucin de los esfuerzos en la zona cercana de la discontinuidad. A estas discontinuidades se les llama intensificadores de esfuerzos y a la regin en donde ocurren se denominan rea de concentracin de esfuerzo. La concentracin de esfuerzo tambin puede aparecer debido a irregularidades producto de marcas de herramientas, porosidades o ralladuras. El esfuerzo mximo real en la discontinuidad se determina:

Donde,mx : Esfuerzo mximo (MPa)0 : Esfuerzo nominal (MPa)Kt: factor terico o geomtrico de la concentracin de esfuerzo (Adimensional)

2.3.2 Esfuerzo y Deformacin. La deformacin ( de un cuerpo se define como el alargamiento o acortamiento de su longitud, debido a la aplicacin de una carga. Mientras que la deformacin unitaria normal se define como la deformacin por unidad de longitud. Es decir,

Donde,

: Deformacin unitaria. : Deformacin (mm)L: Longitud del cuerpo (mm)

Para materiales elsticos lineales el esfuerzo se determina:

Fuente: Esfuerzo versus deformacin. Recuperado de: http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/materiales/propiedadesmateriales.htm

Fig. 1.Grfico esfuerzo vs deformacin. Energa de Deformacin.

2.3.3 Falla por fatiga. Los elementos de mquinas, generalmente se encuentran sometidos a cargas variables, repetidas, alternantes o fluctuantes. El elemento mecnico puede fallar debido a estas cargas, pero se ha comprobado, de acuerdo Norton (2006), que los esfuerzos mximo presentados en la pieza se encuentran muy por debajo de la resistencia ltima del material e incluso por debajo de la resistencia a la fluencia. A esta falla se le denomina falla por fatiga. En este mismo sentido, Shigley (2012) indica que la fallas debido a carga esttica, generalmente, en la pieza se presentan grandes deflexiones, debido a que el esfuerzo sobrepasa el lmite elstico, por consiguiente se debe reemplazar el elemento mecnico antes que se presente realmente la falla; esto indica que la falla debido a la aplicacin de carga esttica indica o proporciona una advertencia visible; mientras que una falla por fatiga es repentina y total, por lo tanto es peligrosa.

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