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DEDICATORIAQuiero dedicar este trabajo a mis padres porque siempre estuvieron conmigo cuando ms los necesit, a mis hermanas Amelia y Lucy por todo su apoyo y cario, a m enamorada Gyna porque por ayudarme en los momentos ms difciles y sobre todo les dedico este trabajo a mis sobrinos Joaqun y Luana porque es mi razn de ser.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mi padre, madre y hermanos por estar junto a m en las buenas y malas incondicionalmente, y siempre haberme ayudado. A m enamorada Gyna por su cario, paciencia y aliento durante todo el tiempo transcurrido en la carrera. Al Ing. Marn por haberme guiado y motivado de la mejor manera durante la realizacin de este trabajo. Y finalmente agradezco a todo el personal docente de CIME por haber transmitido sus conocimientos con el afn de formarme para mi vida profesional.

DISEO DE UNA MQUINA PELADORA DE TUNAS DE SEGUNDA CLASE SEGN SU PESO ESPECIFICO

INDICEPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA1JUSTIFICACION DEL PROBLEMA2HIPOTESIS2RESUMEN3CAPITULO I41.1.Introduccin41.2.Objetivo general51.3.Objetivos Especficos51.4.Formulacin del Problema5CAPITULO II62.1.Antecedentes62.2.Conceptos Tecnolgicos72.2.1.La tuna72.2.2.Flujo de la cadena de tuna y cochinilla92.2.3.Caractersticas y usos de la tuna102.3.Estudio de mercado142.4.Teora de Diseo162.4.1.Diseo de ejes162.4.2.Clculo de ejes162.4.3.Seleccin de materiales para mquinas de industriasalimentarias172.4.4.Seleccin y aplicacin de motores elctricos192.4.5.Gestin inicial202.4.6.Por qu el motor jaula de ardilla212.4.7.Las normas212.4.8.El lugar de instalacin.222.4.9.Fajas de transmisin232.4.10. Diseo de tornillo sin fin242.4.11.Teora y aplicacin de soldadura252.4.12.Rodamientos27CAPITULO III313.1.Diseo de la navaja de pelado313.2.Determinacin de la fuerza necesaria para pelar la fruta de tuna333.3.Eleccin del motor de la porta tunas373.4.Diseo de los brazos giratorios38 3.5. Diseo del Eje .41CAPITULO IV424.1.Anlisis de costos444.2.Costos directos444.3.Costos indirectos454.4.Costo de maquinaria454.5.Costo mano de obra454.6.Costos varios464.7.Costo total de la construccin de la peladora de tuna47CONCLUSIONES48

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

La Tuna es una fruta muy agradable y bastante difundida en nuestro pas, y en el Distrito de Sitajara es uno de los principales productores de esta fruta, lo cual es bastante consumida, pero existe una dificultad bsicamente al momento de cosecharla y al momento de pelarla, pues la planta e incluso el mismo fruto tiene unas espinas bastantes punzantes que pueden llegar a lastimar bastante.

En este caso buscaremos una solucin para facilitar el pelado del fruto. El pelado de la tuna es un proceso un poco complicado y relativamente peligroso debido a las pequeas espinas que contiene este fruto, que penetran muy fcilmente la piel y son difciles de sacar.

Dndole valor agregado a la fruta de la tuna como la fabricacin de manjares, queso, jugos, mermeladas, tintes, etc. Este diseo facilitara la fabricacin de dichos productos con mayor calidad.

JUSTIFICACION DEL PROBLEMA:

El Diseo de una Maquina peladora de tuna clase 2 segn su peso especfico ayudara a los campesinos del distrito de Sitajara a ahorrar tiempo en el pelado de la tuna

El diseo de la maquina peladora facilitara el pelado de la tuna, adems dejara abierta la posibilidad de posteriores incursiones de investigacin que permite optimizar a travs de mejoras.HIPOTESIS

Con el Diseo de la Maquina peladora de tuna de segunda clase segn su peso especfico se lograra reducir el tiempo de pelado y contacto con la tuna para su mayor produccin y mejorar la calidad de la produccin, dando nfasis en la ergonoma de los operarios y cuidando el medio ambiente.

Al terminar con el proyecto la poblacin de Sitajara-Tacna se sentir satisfecha por contar con una maquina peladora de tuna para el procesamiento de la fruta de tuna y tomara ms inters en el cultivo de dicha fruta.

El costo de esta mquina peladora de tuna de segunda clase segn su peso especfico ser econmico y factible para la poblacin de Sitajara.

RESUMEN

El principal objetivo del presente trabajo es el de disear una mquina peladora de tunas de segunda clase segn su peso especfico.

Como primer punto, adems de investigar antecedentes sobre la situacin mundial y nacional de la tuna, se realiz una caracterizacin del fruto y se analiz el mtodo de pelado manual. Posteriormente se desarrollaron los posibles conceptos en base a los requerimientos planteados para el diseo de la mquina.

Una vez elegido el diseo conceptual a desarrollar, se realiz el diseo detallado del mismo, justificndolo en base a clculos y decisiones de diseo. Tambin se realizaron los planos de cada uno de sus componentes as como de sus sub ensambles y ensamble general.

Finalmente se presentan las conclusiones obtenidas a lo largo de este proyecto y en base a la evaluacin del cumplimiento del objetivo principal y objetivos especficos.

CAPITULO IESPECIFICACIONES GENERALES

1.1. Introduccin

Per tiene una historia y una estrecha tradicin ligada a la planta del nopal desde tiempos ancestrales, pasando por su fundacin, abarcando sus costumbres y siendo hasta la actualidad una fuente importante de recursos naturales aprovechables para un sector importante de nuestra sociedad.

La tradicin de cultivo y consumo de esta planta junto con sus frutos se extiende a lo largo de la mayora del territorio nacional, una de las razones principales de esto es la facilidad de su cultivo y produccin gracias a las caractersticas agroclimticas favorables para su desarrollo. Por ello se consume en gran cantidad el nopal y su fruto la tuna, que actualmente ha cobrado gran inters y demanda en el mercado nacional e internacional debido a sus caractersticas atractivas al consumidor.

Tomando en cuenta el incremento en la demanda de este fruto, resulta importante capitalizar la ventaja comparativa que Per posee por ser uno de los productores a nivel mundial del fruto de la, pues de lograrlo los beneficios a nuestros productores resultaran importantes.

1.2. Objetivo general

Disear una mquina peladora de tunas a nivel agroindustrial para un proceso de produccin en lnea, para su posterior implementacin en el Distrito Andino de Sitajara.

1.3. Objetivos Especficos

Disear la mquina de tal manera, que mejore la ergonoma de los obreros en la planta procesadora de Tunas. La mejora debe tener un buen acabado superficial. Las mquinas diseadas deben procesar la fruta de tal manera que el contacto entre la mquina y la fruta debe ocurrir sin abrasiones ni choques fuertes.

1.4. Formulacin del Problema

Qu viabilidad puede tener la implementacin de maquinaria para una peladora de fruta de Tuna en el distrito de Sitajara? Cules son los resultados esperados a mediano y largo plazo? Qu caractersticas especiales y especificaciones deber tener la mquina para manipulacin de fruta por su ubicacin en una zona andina y rural?

CAPITULO IIMARCO TEORICO

Antecedentes

En la zona andina de la regin de Tacna se encuentran las zonas ms productivas de tuna de la macro regin Tacna, en los distritos de Sitajara, Susapaya y el centro poblado rural de Challaguaya. Los productores dedican el 100% de su produccin al mercado regional. Debido a que existe un gran potencial para convertir el sector agrario en una fuente de riqueza y desarrollo, se pretende implementar el rubro de post cosecha de tunas con maquinaria semiautomtica en el sistema de clasificacin de fruta lo que conllevar a satisfacer los requerimientos de los consumidores, la ampliacin del radio de llegada al consumidor, con lo que evidentemente se lograr una mayor cotizacin del producto.

En las zonas den mencin, los procesos de post-cosecha no son los ms adecuados para alcanzar una competitividad en este mundo globalizado y adems se tiene una amenaza econmica que es la entrada en vigencia de numerosos TLC2 firmados con nuestros similares de otros continentes y del nuestro tambin.

Actualmente, el proceso de pelado se desarrolla en forma manual, aglutinando el producto en un manto para luego seleccionarlo, confiando en la buena destreza y capacidad del operario, que usa el tacto y la vista como nica herramienta de trabajo.

En nuestro pas no existe tal maquina peladora de tuna semiautomtica, entonces el propsito de esta tesis es facilitar el pelado de la fruta de la tuna. En Mxico es donde se aplic un prototipo peladora de tuna, donde su eficiencia en comparacin a ejecutarlo manualmente no es eficiente, entonces se hizo investigaciones para repotenciarlo y mejorar sus deficiencias y se opt hacer la mquina para un determinado tamao del fruto y as mejorar la eficacia del mismo.

Conceptos Tecnolgicos

La tuna

La tuna (Opuntia ficus-indica L. Mil) es un recurso potencial de gran importancia en los sistemas agrosilvopastoriles de los andes peruanos. Esta cactcea se encuentra ampliamente distribuida en el Per, especficamente en los valles interandinos donde ha encontrado las condiciones adecuadas para su establecimiento.

Sus frutos son consumidos en forma natural por campesinos y locales y comercializados en los principales mercados del Pas, tambin sirven para elaborar productos derivados como mermeladas y bebidas. Sus tallos son empleados como cercos vivos o como forraje para el ganado (especialmente en pocas de sequa). Los restos de las plantas podadas o muertas son utilizadas en la elaboracin de fertilizantes orgnicos.

Pero sin duda, el uso ms frecuente que se le da a esta planta es como hospedera para la crianza de un insecto conocido como cochinilla (Dactylopius coccus costa), en cuyo interior se produce el carmn, pigmento natural usado en la industria alimenticia, textil y farmacutica.

El Per sigue siendo el primer productor de carmn a nivel mundial, aportando entre el 85 y 90% de la demanda internacional. Las zonas en las que se concentra la actividad productiva de cochinilla son principalmente: Arequipa, donde existe una produccin tecnificada; Lima, con produccin semi tecnificada y Ayacucho, donde la recoleccin de los insectos es artesanal.

La tendencia mundial por el uso de productos naturales se ha incrementado de manera significativa, por lo cual la industria alimenticia requiere colorantes naturales. Esto puede explicar el crecimiento de la demanda de cochinilla en 15.71% anual en valor exportable; as para el 2006 se registr un ingreso por exportacin de cochinilla de US$ 39.6 millones.

Las exportaciones de tuna fruta an son mnimas pero el consumo nacional y local, concentrado sobre todo en Lima, es de aproximadamente US$ 11.65 millones, con una demanda que crece en un 5% anual.

Fig. 2.1. Tuna de diferente peso especificoFuente: Solid Per

Flujo de la cadena de tuna y cochinilla

En la cadena productiva de tuna fruta en Ayacucho y a nivel nacional se ha identificado los siguientes eslabones: produccin, acopio y distribucin, comercializacin y consumo. Existiendo un total de 14 tipos de actores en estos eslabones.

Para el caso de la cadena de cochinilla, los eslabones existentes son: produccin, acopio de cochinilla, transformacin exportacin y consumo internacional, con 12 tipos de actores directos. En este caso, el consumo est a nivel internacional y los dems eslabones estn dentro de Per.

Fig. 2.2. Flujo del Proceso de la TunaFuente: Talleres Participativos, entrevistas e informacin secundaria

Caractersticas y usos de la tuna

La tuna (Opuntia ficus-indica L. Mil) es un recurso de gran importancia en los sistemas agrosilvopastoriles de los andes peruanos. Es conocida con diferentes nombres en varios lugares del mundo: tunal, tunera, nopal, chumbo, higo espaol, higo de india, tuna sin espina, tuna con espina.

a) Clasificacin taxonmica

Reino: Vegetal Divisin: Antophyta Clase: Dicotilednea Subclase: Archyclamidea o Coriptala Orden: Opuntiales (Cactales) Familia: Opuntiaceae (Cactceas) Subfamilia: Opuntioideae Gnero: Opuntia Especie: Opuntia ficus indica Sub especie: Opuntia megacabtha (tuna sin espina) y Ostreptocantha .b) Composicin qumica y nutricional La tuna es una fruta muy cotizada por su sabor, aroma y caractersticas nutricionales. El principal aporte nutricional del consumo de tuna es en caloras, agua y un importante contenido de minerales, especialmente calcio y fsforo.

Composicin Nutricional de la Tuna Tabla N 1

Comparando el aporte nutricional de la tuna con otros frutos, se confirma que su aporte en protenas, carbohidratos, calcio, fsforo y vitamina C es superior.Tabla N 2

c) Manejo Agronmico

Para el manejo de esta planta se realizan las siguientes actividades de pre cosecha, cosecha y post cosecha.Actividad del proceso productivo de la tunaTabla N 3d) Importancia y usos de la tuna La tuna fruta se utiliza como alimento para ser consumida en fresco; la fruta madura se industrializa en jugos, mermeladas, frutas en almbar, licores, etc., y los frutos verdes (dos meses de edad) sirven para elaborar fruta abrillantada en almbar. Las pencas de la planta de tuna (llamadas en Mxico nopalitos), cuando tienen entre 9 meses a dos aos de edad, producen cochinilla. Las pencas con y sin espinas, con paja seca de cebada y trigo, se utilizan para alimentar animales (vacas, cabras, ovejas, cuyes, etc.) durante las pocas secas. Las pencas tiernas de dos y tres semanas se utilizan para preparar ensaladas y encurtidos. Las penas de uno o dos aos se cortan en pequeos trozos, se dejan secar y se muelen para obtener harina para consumo humano y animal.

La tuna es un alimento con cualidades medicinales pues sirve para combatir o prevenir diferentes enfermedades10, as, el jugo de las flores sirve para combatir problemas diabticos. La tuna posee adems un muclago depurador del colesterol e hipoglucmico (antidiabtico); tambin tiene cualidades anti inflamatorias. La tuna fruta contiene minerales como Calcio (Ca), Fsforo (P) y vitaminas que ayudan en el funcionamiento fisiolgico del organismo humano.

Estudio de mercado

El centro de acopio de Tunas en el Anexo de Challaguaya; se realiz una inspeccin y se determin la falta de tecnologa para el pelado de tunas, pues no existe maquina alguna para tal proceso.

Se obtuvo los datos histricos de produccin de tuna en el distrito de Sitajara, como se muestra en el siguiente cuadro:Tabla N 4

Se realiz la proyeccin de produccin de tunas hasta el ao 2022, como se observa en el siguiente cuadro:

Tabla N 5

Se realiz el diseo conceptual de la mquina peladora, teniendo en cuenta el flujo general de procesos de clasificacin de la fruta tuna, con la finalidad de lograr un diseo ptimo.

Se realiz los clculos mecnicos para disear y seleccionar los materiales que se usarn en la fabricacin de la mquina peladora de tunas: Seleccin del sistema motriz, diseo del eje conductor, dimensionamiento de cueros, seleccin de cojinetes, diseo estructural, se realiz el estudio de control de calidad, se realiz la distribucin de la planta.

Teora de Diseo

Diseo de ejes

Son elementos que sirven para transmitir potencia y en general se llaman rboles a los ejes sin carga torsional, la mayora de los ejes estn sometidos durante su trabajo a cargas combinadas de torsin, flexibilidad y cargas axiales.Los elementos de transmisin: poleas, engranajes, volantes, etc., deben en lo posible estar localizados cerca a los apoyos.

Clculo de ejes

El diseo de ejes consiste bsicamente en la determinacin del dimetro adecuado del eje para asegurar la rigidez y resistencia satisfactoria cuando el eje transmite potencia en diferentes condiciones de carga y operacin.Los ejes normalmente tienen seccin transversal circular: macizoshuecos. Para el diseo de ejes, cuando estn hechos de aceros dctiles, se analizan por la teora del esfuerzo cortante mximo.Los materiales frgiles deben disearse por la teora del esfuerzo normal mximo. El cdigo ASME define una tensin de corte de proyectos o permisible que es la ms pequea de los valores siguientes:

Si hay concentracin de tensiones debido a un acuerdo o un chavetero, la norma dice que hay que disminuir en un 25% la tensin de corte permisible.La tensin de corte en un eje sometido a flexin y torsin viene dado por:

EL ESFUERZO DE TORSIONPara ejes macizos Para ejes huecosEL ESFUERZO DE FLEXION:Para ejes macizosPara ejes huecos

ESFUERZOS AXIALES (COMPRENSION TRACCION)Para ejes macizos

Seleccin de materiales para mquinas de industrias alimentarias El proceso de seleccin de materiales, implica un anlisis entre las propiedades fsicas y qumicas del acero inoxidable. La ingeniera y la higiene no deben considerarse como entidades separadas, sobre todo cuando se trata de la industria alimentaria. Presentamos algunas consideraciones para la seleccin de un acero inoxidable.Consideraciones para la seleccin de un acero inoxidablea) Uso finalEl primer paso es investigar, sobre las condiciones a las que el material estar expuesto en la aplicacin especfica, para determinar el tipo de acero que puede aportar un mejor desempeo. En base a esto se evaluarn las siguientes consideraciones.b) Resistencia a la corrosinEs una de las principales variables en la seleccin del material. El transformador debe conocer el medio bajo el cual ser sometido el material.c) Propiedades mecnicasLa resistencia mecnica a bajas y a altas temperaturas es muy importante. La combinacin de resistencia a la corrosin y mecnica es base para la seleccin del acero.d) Caractersticas finales del productoFabricacin del producto, incluyendo todos los procesos a los que ser sometido el material.

e) Costo totalUn anlisis del costo de ciclo de vida es recomendable, para evaluar los costos del material y aquellos relativos al mantenimiento, reemplazo, vida en servicio, etc.f) DisponibilidadEs bsico tomar en cuenta la disponibilidad del material.g) Uso y mantenimientoEs altamente recomendable que se entregue al usuario final de la aplicacin un listado de recomendaciones para el cuidado y mantenimiento del material como valor agregado al usuario que favorece al cumplimiento del desempeo esperado del material.Para confeccin de ejes y rboles, en la mayora de los casos, en nuestro pas se prefieren aceros segn norma AISI. De tal manera que preferentemente se usan los siguientes aceros:AISI 1010 Y AISI 1020 para arboles poco cargados o de uso espordico donde sea deseable un bajo costo de fabricacin o cuando algunas partes de los elementos deban ser endurecidas mediante cementacin

Seleccin y aplicacin de motores elctricos

Todos sabemos que el motor elctrico es una mquina que transforma energa elctrica recibida de la red en energa mecnica rotacional en el eje. De esta forma se puede accionar cualquier tipo de carga mecnica, siempre y cuando tengamos disponibilidad de una red elctrica. Tambin sabemos que dentro del universo del motor elctrico, el motor de induccin es el ms comn y prcticamente todas las aplicaciones industriales pueden realizarse con este motor, generalmente el tipo Jaula de Ardilla, o con rotor en cortocircuito. Es tan generalizado su uso, que pasamos por alto muchos aspectos en el momento de la seleccin y aplicacin del mismo. En las siguientes lneas se darn algunas indicaciones importantes que ayudarn a hacer estas labores ms tcnicas y ms eficientes desde el punto de vista de operacin de una industria.

Gestin inicial

Siempre que se tiene la necesidad de adquirir un motor, hay que hacer antes los siguientes cuestionamientos:

Es una instalacin nueva o existente? Cules son las condiciones de la red elctrica? Cul es la carga que el motor va a accionar? Cules son las condiciones medioambientales? Cul va a ser el tiempo de recuperacin de la inversin? Qu tipo de normas debe cumplir el motor? Cmo va a ser hecho el arranque del motor? Obviamente, Cules son las caractersticas de potencia y velocidad requeridas del motor?

Por qu el motor jaula de ardilla

Dentro del universo de motores elctricos, el motor jaula de ardilla es el ms comn y de uso ms generalizado por diversas razones:

Bajo costo Bajo mantenimiento Fcil de adquirir Alto grado de proteccin Pocos componentes Robusto

Las normas

Existen dos normas bajo las cuales se fabrican los motores. IEC Comisin Electrotcnica Internacional que es acogida por la gran mayora de pases y especialmente los europeos NEMA Asociacin Nacional de Fabricantes de Equipos Elctricos. Es una norma nacional de Estados Unidos, pero es comn en muchos pases. Hay varias diferencias en la construccin dependiendo de la norma, pero lo ms significativo es que mientras que las dimensiones segn IEC son en milmetros, segn NEMA son en pulgadas. Por esta razn, la intercambiabilidad no es inmediata.

El lugar de instalacin.

Por norma, todos los motores estn diseados para operar en un ambiente con temperatura no superior a 40 C y en una altura no superior a 1000 metros sobre el nivel del mar. La instalacin en cualquier ambiente por encima de estas condiciones har que el motor deba ser operado a una carga menor de la nominal. Cortamente, esto sucede porque las propiedades refrigerantes disminuyen. La vida til de un motor est principalmente en su devanado. Si la refrigeracin es insuficiente, el devanado se debilita y sufre daos severos. Generalmente, los motores jaula de ardilla estn refrigerados mediante aire. A mayor altitud sobre el nivel del mar, el aire toma una densidad mayor y a una misma velocidad, se tendr menor flujo de aire. En cuanto a la temperatura ambiente, es necesario garantizar que el motor no tendr una elevacin de temperatura tal que lo haga tener un calentamiento por encima de su lmite trmico (definido por su clase de aislamiento).

Pero la combinacin de altitud y temperatura no siempre es desfavorable, pues en lugares como Bogot en donde tenemos altitud de 2600 m, pero una temperatura ambiente de 20C, podemos prcticamente decir que se compensa el efecto.Fig. 2.3.

Fig. 2.3. Mandos de ControlFuente: Norma Nema

Fajas de transmisinSe conoce comocorrea de transmisina un tipo de transmisin mecnicabasado en la unin de dos o ms ruedas, sujetas a un movimiento de rotacin, por medio de una cinta o correa continua, la cual abraza a las ruedas ejerciendo fuerza defriccinsuministrndoles energadesde la rueda motriz.Es importante destacar que las correas de trasmisin basan su funcionamiento fundamentalmente en las fuerzas de friccin, esto las diferencia de otros medios de flexibles de transmisin mecnica, como lo son lascadenas de transmisiny lascorreas dentadaslas cuales se basan en la interferencia mecnica entre los distintos elementos de la transmisin.Las correas de transmisin son generalmente hechas degoma, y se pueden clasificar en dos tipos: planas y trapezoidales.

Fig. 2.4. Transmisin por Polea

Diseo de tornillo sin fin

Eningeniera mecnicase denomina tornillo sin fina una disposicin que transmite el movimiento entre ejes que estn en ngulo recto. Cada vez que el tornillo sin fin da una vuelta completa, el engranajeavanza un nmero de dientes igual al nmero de entradas del sinfn. El tornillo sin fin puede ser un mecanismo irreversible o no, dependiendo del ngulo de la hlice, junto a otros factores.

Con eltornillo sin fin y rueda dentadapodemos transmitir fuerza y movimiento entreejes perpendiculares. La velocidad de giro del eje conducido depende del nmero de entradas del tornillo y del nmero dedientesde la rueda. Si el tornillo es de una sola entrada, cada vez que ste d una vuelta avanzar un diente.La expresin por la que se rige este mecanismo es similar a la indicada anteriormente para lasruedas dentadasteniendo en cuenta el nmero de entradas del tornillo como elemento motor en este caso

Dnde:n= nmero de vueltas.Z= nmero de dientes de la rueda conducida.e= nmero de entradas del tornillo sin fin.Teniendo en cuenta queees mucho menor quezlarelacin de transmisinsiempre ser menor por lo que actuar como unreductor de velocidad.

Fig. 2.5. Transmisin por tornillo de potenciaTeora y aplicacin de soldadura

La idea de la soldadura por arco elctrico,a veces llamadasoldadura electrgena, fue propuesta a principios del siglo XIX por el cientfico ingls Humphrey Davy, pero ya en 1885 dos investigadores rusos consiguieron soldar con electrodos de carbono.Cuatro aos ms tarde fue patentado un proceso de soldadura con varilla metlica. Sin embargo, este procedimiento no tom importancia en el mbito industrial hasta que elsuecoOscar Kjellberginvent, en 1904, el electrodo recubierto. Su uso masivo comenz alrededor de los aos 1950.

Fig. 2.6. Soldadura por Arco ElctricoFuente: SoldexaFuncin elctrica del recubrimiento

La estabilidad del arco para la soldadura depende de una amplia serie de factores, como es la ionizacin del aire para que fluya adecuadamente laelectricidad. Para lograr una buena ionizacin se aaden al revestimiento del electrodo productos qumicos consistentes en sales de sodio, potasio y bario, los cuales tienen una tensin de ionizacin baja y un poder termoinico elevado.

Funcin fsica del recubrimiento

El recubrimiento, tambin contiene en su composicin productos como los silicatos, los carbonatos, los xidos de hierro y xidos de titanio, que favorecen la funcin fsica de los electrodos, que facilitan la soldadura en las diversas posiciones de ejecucin del soldeo.

Funcin metalrgica de los recubrimientos

Adems de las funciones de estabilizar y facilitar el funcionamiento elctrico del arco y de contribuir fsicamente a la mejor formacin del cordn, el recubrimiento tiene una importancia decisiva en la calidad de la soldadura.

Rodamientos

El elemento rotativo que puede emplearse en la fabricacin del rodamiento, pueden ser: de bolas, derodilloso deagujas.En los rodamientos el movimiento rotativo, segn el sentido del esfuerzo que soporta, pueden ser axiales, radiales y axiales-radiales.Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de direccin normal a la direccin que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda, es axial si soporta esfuerzos en la direccin de su eje, ejemplo en quicio, y axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa o combinada.La fabricacin de los cojinetes de bolas o rodamientos es la que ocupa en tecnologa un lugar muy especial, dados los procedimientos para conseguir la esfericidad perfecta de la bola. Los mayores fabricantes de ese tipo de rodamientos emplean el vaco para tal fin. El material es sometido a un tratamiento abrasivo en cmaras devacoabsoluto. El producto final es casi perfecto, tambin es atribuida lagravedadcomo efecto adverso.Tipos de rodamientosCada clase de rodamientos muestra propiedades caractersticas, que dependen de su diseo y que lo hace ms o menos apropiado para una aplicacin dada. Por ejemplo, los rodamientos rgidos de bolas pueden soportar cargas radiales moderadas as como cargas axiales pequeas. Tienen baja friccin y pueden ser producidos con gran precisin. Por lo tanto, son preferidos para motores elctricos de medio y pequeo tamao. Los rodamientos de rodillos cilndricos pueden soportar cargas radiales muy pesadas y son oscilantes, lo que les permite asumir flexiones del eje, entre dos rodamientos, que soportan un mismo eje. Estas propiedades los hacen muy populares para aplicaciones por ejemplo en ingeniera pesada, donde las cargas son fuertes, as como las deformaciones producidas por las cargas, en mquinas grandes es tambin habitual cierta desalineacin entre apoyos de los rodamientos.a) Rodamientos rgidos de bolas.Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Son fciles de disear, no separables, capaces de operar en altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atencin o mantenimiento en servicio. Estas caractersticas, unidas a su ventaja de precio, hacen a estos rodamientos los ms populares de todos los rodamientos.

b) Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular

El rodamiento de una hilera de bolas con contacto angular tiene dispuestos sus caminos de rodadura de forma que la presin ejercida por las bolas es aplicada oblicuamente con respecto al eje. Como consecuencia de esta disposicin, el rodamiento es especialmente apropiado para soportar no solamente cargas radiales, sino tambin grandes cargas axiales, debiendo montarse el mismo en contraposicin con otro rodamiento que pueda recibir carga axial en sentido contrario.

c) Rodamientos de agujas

Son rodamientos con rodillos cilndricos muy delgados y largos en relacin con su menor dimetro. A pesar de su pequea seccin, estos rodamientos tienen una gran capacidad de carga y son eminentemente apropiados para las aplicaciones donde el espacio radial es limitado. Este tipo de rodamientos es comnmente muy utilizado en los pedales para bicicletas.

d) Rodamientos de rodillos cnicosEl rodamiento de rodillos cnicos, debido a la posicin oblicua de los rodillos y caminos de rodadura, es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultneas. Para casos en que la carga axial es muy importante hay una serie de rodamientos cuyo ngulo es muy abierto. Este rodamiento debe montarse en oposicin con otro rodamiento capaz de soportar los esfuerzos axiales en sentido contrario. El rodamiento es desmontable; el aro interior con sus rodillos y el aro exterior se montan cada uno separadamente. Son los de mayor aplicacin.

CAPITULO IIIDISEO

Diseo de la navaja de pelado

La herramienta de corte para el proceso de torneado, en este caso una navaja de pelado cumplir las siguientes caractersticas:

1. Ser capaz de cortar la cascara de la tuna en espiras conforme avanza a lo largo del eje longitudinal por la superficie del fruto.2. Desprender la cascara de la pulpa conforme avanza la herramienta.3. La navaja debe penetrar completamente el espesor de la cascara.4. El material de la navaja debe ser de grado sanitario.

Con estos cuatro requerimientos planteados para el diseo de la navaja , se obtuvo por medio de pruebas de prototipo construidos y probados en el taller mecnico la forma ms funcional para el diseo final de la navaja .El diseo final de la navaja de pelado se presenta a continuacin.

Fig. 3.1. Navaja de Corte Fuente: Elaboracin propiaLa forma consiste en una navaja con filos laterales y una punta plana .El filo se encuentra a lo largo de toda la arista inferior de cada lado. Estos dos filos en la navaja, son los que penetran completamente el espesor de la cscara y corta la tuna en forma de espiras conforme avanza sobre la misma. La otra parte que compone la navaja es la punta con que se ensambla sobre la punta plana a 45, dicha forma tiene como propsito el desprendimiento y desalojo de la cscara previamente cortada en espiras y cuenta con un filo en su arista inferior que es la que est en contacto con la cscara. El proceso conjunto de pelado con esta navaja consiste en cortar la cscara de la tuna en una espira con ayuda de los filos laterales de la navaja, desprender y desalojar la espira de cscara cortada con ayuda de la punta con filo a 45 .Este proceso se repite consecutivamente por cada giro completo de la tuna mientras la navaja avanza desde el polo mayor con direccin al polo menor del fruto.

Determinacin de la fuerza necesaria para pelar la fruta de tuna

Para continuar con el desarrollo del diseo detallado fue necesaria la obtencin de un parmetro fundamental para el diseo de la mquina peladora de tunas. Este parmetro es la fuerza de corte de la navaja necesaria para penetrar el espesor de la cscara de la tuna.En primer lugar, para determinar la distancia que la navaja deba penetrar dentro de la cscara para asegurar el corte y pelado de cualquier espesor, se recurri a la medicin de espesor de cscara realizada en la fase de caracterizacin del fruto. Como espesor promedio de cscara se obtuvo 6.20 mm. Sin embargo al ser un valor promedio el espesor real de alguna tuna puede estar por encima o por debajo de este valor, para el caso de los espesores por debajo del promedio no se presenta problema para el pelado, para espesores mayores que sin duda pueden existir el problema que se puede presentar es que la navaja no atraviese todo la cscara. Para asegurar que la distancia de penetracin sea adecuada a esta distancia se le sumaron tres desviaciones estndares es decir 3*0.39 mm, obteniendo as una distancia de penetracin necesaria de 7.37 mm y se decidi considerarla como 7.4 mm.

Entonces se hizo un anlisis por resultados en laboratorio se obtuvo lo siguiente. Con el fin de obtener el valor en N de la fuerza de corte requerida para penetrar la distancia suficiente para el pelado, se realiz un anlisis esttico del prototipo compuesto por el mango en madera y la navaja de acero, tomando en consideracin las fuerzas y reacciones que actan sobre ellos.El diagrama de cuerpo libre de la navaja con el mango se muestra a continuacin.Fig. 3.2. Diagramas de Cuerpo Libre

La fuerza indicada de 1.62 N corresponde al peso del mango y la navaja, la fuerza de magnitud de 8.63 N corresponde al peso requerido obtenido experimentalmente para la penetracin de los 7.37 mm.

Para la obtencin de la fuerza de corte en el punto de contacto con el fruto, se analizaron las fuerzas actuando a lo largo de los ejes x y y, adems de una suma de momentos en A. Los clculos se presentan a continuacin:

Ecuacin (1)Suma de momentos en A para obtener

Reemplazando en la ecuacin 1:

A continuacin se obtiene la potencia requerida del motor para realizar la operacin de pelado de acuerdo a la frmula para la obtencin de la potencia en el torneado (Acosta, 2006).

(2.1)

Dnde:P=Potencia requerida [kW]Ks=Esfuerzo especifico de Corte []a=Espesor de la viruta mms=Ancho de la viruta [mm]V=Velocidad de corte []Ef.=Eficiencia de la transmisin en este caso tomada como 0.75

El valor de la eficiencia de la transmisin se tom como 0.75 ya que de acuerdo a los parmetros dependientes del torneado, ste valor est entre el rango de (0.60.85) y se elige una eficiencia baja para asegurar que los clculos arrojen un valor de potencia con un grado de seguridad para llevarlo a la prctica.Segn el libro de Acosta, utilizamos la frmula para calcular la Velocidad de corte.(2.2)Con n=120 rpm y d=72.9 mm que es el dimetro mximo de la tuna, El Ks se obtiene de:

(2.3)Donde q es la seccin transversal de la viruta en es decir:(2.4)

Y se tiene s = ancho de la cscara, que en este caso es el avance, y a = espesor de la cscara calculado para penetrar todo el espesor.s=5.75 mma=7.40 mm

Sustituyendo los valores:

Dndole un factor de seguridad de 3 para que sea seguro el rendimiento de la maquina se obtiene una potencia de:

El torque generado sobre el motor con esta potencia se obtuvo de la siguiente manera (Mott, 1992):

T =63000 * P(2.5)

n

Dnde:

T=Torque generado en lb-inP=Potencia requerida en HPn=rpm

Eleccin del motor de la porta tunas

Con los requerimientos obtenidos para el pelado, se busc un motor reductor debido a las bajas rpm necesarias para acoplarse a la porta tunas que har girar a la tuna pues se encontrar montada en l.

Los requerimientos principales eran:

120 rpm

0.0177 hp como potencia mnima

9.08 lbin como torque mnimo

Por razones de disponibilidad comercial y de costo mnimo, se seleccion un motor cuyas caractersticas principales se muestran a continuacin, dems caractersticas en apndice B1:

Marca Dayton

Modelo V00323AF14

185 rpm

1/20 hp de potencia

12 lbin de torque

Diseo de los brazos giratorios

Como se explic en el diseo conceptual, la estructura principal consta de cuatro brazos distribuidos a 90 entre ellos y sujetados sobre una flecha central que les transmitir el movimiento giratorio (Figura). Como dimensiones principales para este ensamble, se decidi que la circunferencia que dibujarn los cuatro brazos en su movimiento giratorio intermitente tenga un dimetro de 1.0 m, y su altura desde la base donde ser montado hasta el punto medio de la seccin rectangular del brazo sea de 1.05 m. Esta altura se decidi pues en ese punto se colocar el centro de la porta tunas que es donde el fruto ser montado por el operario y se consider una altura adecuada de trabajo

Fig. 3.3. Brazos y Eje

El diseo detallado del brazo que soporta el motor y la porta tunas se bas en las propiedades mecnicas del material seleccionado para el mismo, debido a su costo y la disponibilidad en el mercado. El material seleccionado es un acero ASTM A500 grado B y sus propiedades fsicas y mecnicas se presentan en el apndice A2.

El perfil elegido es un perfil rectangular PTR de 2.5 in de ancho por 3.0 in de alto, con un espesor nominal t de 1/8 in., las dimensiones estn dadas en pulgadas debido a que as es como se encuentra comercialmente. El brazo tiene un largo de 468.25 mm para que junto con en el bloque sobre el que estar soldado se logren los 500 mm de radio para la circunferencia que dibujarn los brazos. Para sustentar su eleccin se debi asegurar que los esfuerzos actuando sobre l no fueran crticos.

Se comenz realizando un diagrama de cuerpo libre del brazo junto con su motor, porta tunas y fruto (Figura 4.9), en l se observan las distancias que se tomaron como referencia para localizar las fuerzas.

Fig. 3.4. Diagrama de Cuerpo LibreFig. 3.5. Diagrama uno del brazo.

La fuerza de 26.5 N corresponde al peso del motor Pm y la fuerza Ft de 12.1 N a la suma de la fuerza de corte Fc requerida ms la masa de la tuna Ftuna, considerado como 0.5 kg. El punto de aplicacin de la fuerza para ambos casos se consider en el punto ms lejano al eje longitudinal del brazo, de acuerdo a la geometra del motor y la tuna, para someter al mismo al momento mximo ocasionado por ambas fuerzas.Al realizar el anlisis esttico del brazo para la obtencin del esfuerzo mximo actuando en el mismo, se establecieron sus condiciones de frontera empotrndolo en un extremo y aplicando las fuerzas en el otro como se muestra en la figura 4.11, donde ahora Fr equivale a la suma de Ft y Pm y es igual a 38.6 N.

Diseo del Eje

La fuerza Fr en cada Brazo es de 33.6 N , multiplicando por 4 que son el nmero de brazos y adems por un factor de seguridad de 2 se obtiene:

F1 = 4Fr *d *2

Ahora se obtiene el momento flexionarte,

M0 = 4Fr *d *2

M0 = 4(38.61 N)(0.4599 m)*2 = 142.08 N.m

M0 = 142 N.m

En segundo caso se analiza a flexin ocasionada por la misma carga anterior, pero analizando la flecha en posicin horizontal y empotrndola para simular una condicin de esfuerzo mximo.

M1 = (154.44N)(1.0m) = 154.44N.m

Mx = M1 + M0

Mx = 154.44 N.m+ 142.08 N.m =

Mx = 296.52 N.m

s y= 59.3 MPa

Ahora se calcula el esfuerzo cortante provocado por T en el mismo punto,

t xy= 14.1 MPa

max = 29.6705MPa + 32.829MPa = 62.4995MPa

max = 62.5MPa

min = 29.6705MPa - 32.829MPa = - 3.1585MPa

min = - 3.1585MPa

4113.56MPa < 24806.25MPa

Al comparar los esfuerzos se confirma que la pieza no fallar.

CAPITULO IVCOSTOS

Anlisis de costos

Los costos no pueden diagnosticarse con toda seguridad, pero ellos nos dan una informacin confiable y nos sirve de apoyo til para la planeacin control y toma de decisiones administrativas.

Costos directos

Los costos directos son los precios que tiene cada uno de los materiales empleados en la construccin de la maquina peladora de tunas.Cuadro N 4.1CantidadDescripcinUnidadCosto unitarioSubtotal (USD)

1Acero inoxidableUNI130130

2Rodamientos 6203-RsUNI510

1Eje Acero 1018 *14,5 cmUNI55

1Polea aluminio de 16 cmUNI2020

15Electrodo E 308L-16UNI0.8012

1Banda 2L230UNI1010

1Motor 1/20 Hp 110/220 VUNI9595

1Acero Galvanizado 32*32cm1515

1Lija granulada N 16UNI4040

TOTAL $337

Fuente: Elaboracin propiaCostos indirectos

Son todos los gastos correspondientes a la utilizacin de maquinaria, al costo de mano de obra; entre otros gastos que no se ven reflejados directamente en la construccin de la mquina.

Costo de maquinaria

Es un valor por las horas de trabajo de cada mquina que fue necesaria para la construccin de nuestra propuesta.

Cuadro N 4.2MaquinariaCosto/HoraHoras empleadasSubtotal (USD)

Dobladora414

Suelda Elctrica1.422.8

Taladro212

Esmeril1.523

Moladora0.3510.35

Cizalla224

Otros30

TOTAL46.15

Fuente: Elaboracin propia

Costo mano de obra

Son los gastos que corresponden a la mano de obra, entre otros gastos que no se involucra directamente, pero fueron necesarios para culminar con la construccin de la mquina.Cuadro N 4.3.N de TrabajadoresCosto/HoraHoras empleadas (c/u)Subtotal (USD)Total (USD)

14208080

Fuente: Elaboracin propia

Costos varios

Son aquellos costos de actividades paralelas y no directas necesarias para la realizacin del proyecto.

Cuadro N 4.4.

DescripcinCosto (USD)

Transporte20

Copias10

Impresiones20

Internet20

Libros10

Subtotal80

15% otros12

TOTAL92

Fuente: Elaboracin propia

Donde el costo indirecto total ( ) se evalan con la siguiente ecuacin:

Dnde:= Costo de maquinaria utilizada=Costo mano de obra=Costos varios

Costo total de la construccin de la peladora de tuna

La cantidad total gastada en la construccin de la maquina peladora de tuna se mide mediante la suma de los costos directos e indirectos; as tenemos:

Dnde:=Costo total=Costos directos=Costos indirectos

CONCLUSIONES

Para el desarrollo de este proyecto en un principio fue necesario conocer y obtener la informacin necesaria sobre la materia prima con la cual se trabajara en este proyecto.

En esta fase de antecedentes y caracterizacin del fruto de la tuna se logr obtener primero la informacin necesaria sobre su situacin mundial y nacional para concluir que de acuerdo a la situacin privilegiada en que se cuenta en nuestro pas para el cultivo y produccin de este fruto con respecto a todo el mundo, es necesario aprovechar estas ventajas no slo en su produccin natural sino ms an en su procesamiento, pues de lograrlo los beneficios se veran reflejados en el desarrollo y progreso de la industria agropecuaria y alimenticia del pas y como consecuencia de la sociedad.

Se lograron hacer todos los diseos detallados dndole un factor de seguridad a la maquina.

ANEXOSPropiedades del Acero Inoxidable AISI 304A-1

A2

Propiedades del Nylamid NSM

A-3Motor Porta tunas