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“AÑO DEL DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TEMADISEÑO DE UNA MAQUINA SECADORA
PARA LA PROVINCIA DE SATIPO
Integrantes:-CAMAYO PAUCAR JHIMY
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SEMESTREIX
Huancayo – Perú2015
TITULO DEL PROYECTO:
“DISEÑO DE UNA MÁQUINA SECADORA DE CACAO PARA DISMINUIR EL
TIEMPO DE SECADO EN LA PROVINCIA DE SATIPO - DEPARTARMENTO
DE JUNIN.”
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INTRODUCCIÓN
En la Región Junín hay una gran variedad de frutas, verduras y todo tipo de
materias primas, solo dependemos de Actividades económicas primarias, por lo
cual, solo explotamos nuestros recursos y las vendemos; observamos que en
la provincia de Satipo contamos con gran cantidad de cacao los cuales los
vendemos a precios muy bajos y sin procesar generando poca rentabilidad.
Es así que vemos la necesidad de industrializar nuestros procesos con
tecnología más moderna aplicando nuestros conocimientos para empezar el
desarrollo de nuestra región.
El desarrollo cognoscitivo de nuestra región, está en cada vez en aumento
gracias a las universidades presentes, es así que contamos con profesionales
capacitados para poder responder a esta necesidad. En general la aplicación
de nuevas tecnologías y conocimientos pueden generar un valor agregado a la
venta de nuestros materias y podemos mejorar la forma de vender nuestras
recursos no solo como materias sino como productos; para ello podemos
diseñar y construir maquinas que generen un valor agregado; tales como
Diseño de una Maquina secadora de cacao.
De acuerdo a la metodología de diseño empezamos por identificar la
necesidad, en la actualidad el proceso de secado de cacao se hace de manera
artesanal y en forma manual. Habiendo definido la necesidad, con la lista de
exigencias se procedió a la descripción del proceso técnico de la máquina, los
que facilitaron el desarrollo del proyecto preliminar y el proyecto definitivo de la
maquina secadora de cacao.
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I. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA:
En la provincia de Satipo , departamento de Junin, existe una gran cantidad de
producción de cacao , donde los pobladores , secan el cacao artesanalmente
usando una gran cantidad de tiempo y mano de obra .
En el proceso de secado de cacao los pobladores solo usan estirillas o tablas
para recibir la radiacion solar y obtener un secado aceptable para la venta.
además el secado artesanal está condicionado al cambio climático presente en
la provincia de Satipo y al proceso de realizado al aire libre de presencia de
algas y hongos.
Es así que vemos la necesidad de mejorar este proceso de secado para
generar mayor ingresos y mejorar la calidad de vida de la población.
II. FORMULACION DEL PROBLEMA:
a) Caracterización del Problema:
El proceso de secado generalmente se desarrolla en forma manual, para lo
cual se desarrollan los siguientes pasos:
Recepción del grano de cacao ya despulpado.
Extender el grano de cacao para el secado.
Mover y voltear el grano de cacao para un secado uniforme cada media
hora..
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Luego de 6 a 10 días hay personas encargadas para recoger el gano de
cacao secado.
Estos procesos ocasiona que se trabaje en malas posiciones ergonómicas , y
se usa demasiado tiempo para su secado, haciendo que este trabajo sea
complicado para la persona que la desarrolla, es por eso que se decidió hacer
una máquina secadora de cacao con el fin de facilitar este proceso. Además
existe una gran demanda del cacao puesto que esta materia prima es muy
utilizado en la elaboración del chocolate, la producción nacional de cacao se
orienta principalmente a cubrir el mercado interno.
Y como la provincia de Satipo es una de las ciudades de
comercialización de la región centro, para cubrir el mercado interno se tiene
que abastecer a las demás regiones, a través de la región centro.
b) Problema General:
De este modo el problema de estudio fue enunciado de la siguiente manera:
¿Es factible diseñar una maquina secadora de cacao utilizando tecnologías
propias para mejorar el tiempo de secado en la provincia de Satipo?.
III. OBJETIVOS:
a) Objetivo General.
Diseñar una máquina secadora de cacao para disminuir el tiempo de
secado y para aumentar los ingresos de los agricultores de la provincia
de Satipo.
b) Objetivos Específicos:
Diseñar una máquina sembradora de maíz aprovechando los
tipos de energía y tecnologías especificadas .
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IV. JUSTIFICACION:
La necesidad de realizar este proyecto de investigación nació por la
observación del proceso de secado en diferentes lugares de la provincia de
Satipo. El proceso de secado de cacao se realiza artesanalmente con las
manos y rastrillos haciendo que las personas, trabajen en malas posiciones y
condiciones ergonómicas ineficientes, haciendo que este proceso sea
complicado y pesado para las que la desarrollen, la cual puede producir dolores
en la espalda, etc., y también toma un tiempo determinado muy extenso,
observada esta necesidad nació la inquietud de poder dar solución a este
problema, con una máquina que simplifique este proceso.
V. ESTADO DEL ARTE:
1.1. SECADO NATURAL DE CACAO EN TENDALES EN SATIPO.
Este proceso de secado de cacao es usado por los agricultores, para
ello el cacao se esparce sobre el piso de concreto, así el intercambio
de energía y de humedad, entre el aire y el producto hace que el
cacao empiece a secarse.
Este proceso dura alrededor de 6 a 7 días lo que hace que este tipo
de secado este desapareciéndose hoy en día.
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FIGURA Nº1: Secado de cacao en tendales.
VENTAJAS Este secado es de fácil manipulación Se seca grandes cantidades de cacao
DESVENTAJAS Contaminación de animales Cimas malos perjudican el secado Se requiere gran cantidad personal
1.2. SECADO CON TENDAL ECONÓMICO
Este secado es también natural, primero consiste en la construcción
de un pequeño techo de forma triangular de madera sostenida con
un caballete de madera, para proteger el cacao de la lluvia, en la
parte inferior es donde se colocara el cacao para el secado.
FIGURA Nº2: Secado de cacao en tendales economicos.
VENTAJAS Este secado es de fácil manipulación Está libre de la contaminación de los animales Favorece cuando hay climas no favorables para el secado
DESVENTAJAS
7
Tiene que estar construido en un lugar abierto.
1.3. SECADO CON TENDAL RODANTE
Para este proceso de secado se requiere la construcción de una
estructura movible cuyo objetivo es el secado de los granos de cacao
y cuenta con un mecanismo que le permite cubrir al producto en el
momento de lluvia.
FIGURA Nº3: Secado de cacao en rodantes.
VENTAJAS Este secado es de fácil manipulación
Solo se requiere un personal o dos
Está libre de la contaminación
Favorece cuando hay climas no favorables para el secado
1.4. SECADORES SOLARES INCLINADOS DE GRANOS DE CACAO.
En este tipo de secador el colector y la cámara de secado pueden
juntarse, en cuyo caso la cámara que contiene el producto también
cumple la función de colector recibiendo la radiación solar. En los
secadores solares directos la radiación solar es absorbida por el
propio producto, resultando más efectivo el aprovechamiento de la
energía para producir la evaporación del agua. Esto se debe a que la
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presión de vapor en la superficie del producto crece por la absorción
de radiación solar. Por lo tanto el gradiente de presiones de vapor
entre producto y aire se hace mayor y se acelera el secado.
FIGURA Nº4: Secado de cacao solar.
VENTAJAS El secado es más rápido a comparación del natural
DESVENTAJAS Tiene que estar construido en un lugar abierto Tiene un costo poco elevado Construcción poco complicada
1.5. SECADORES SOLARES ARTESANAL.
Para el caso del secado de granos, el producto puede tratarse mediante
captación solar directa e indirecta. En esta última, los dos elementos están
separados y el aire es calentado en el colector y la radiación no incidirá sobre
el producto colocado en la cámara de secado. Este tipo de secador es
esencialmente convectivo y aquí el sol, captado a través de un banco de
colectores, actúa como fuente energética.
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FIGURA Nº5: Secado de cacao solar artesanal.
VENTAJAS El secado es un poco más rápido a comparación del
natural Se requiere poco personal Fácil construcción Poco costo
DESVENTAJAS Tiene que estar construido en un lugar abierto
1.6. MAQUINA SECADO ARTIFICIAL CON GLP
Los secadores artificiales son aquellos que utilizan madera, bagazo,
GLP y otros derivados del petróleo como combustible. La
transferencia de calor se realiza por medio de conducción y
convección principalmente. En los secadores artificiales se realiza la
convección en forma natural y forzada. Generalmente el proceso de
secado se realiza en un recinto cerrado.
FIGURA Nº6: Secado de cacao con GLP.
VENTAJAS Un secado más rápido
Fácil operación del proceso
DESVENTAJAS
Se requiere un mantenimiento anual
Construcción poco complicada y permanente
Alto costo en combustibles10
1.7. MAQUINA SECADOR DE BANDEJAS O ARMARIO
Esta máquina está formado por una cámara metálica rectangular que
contiene unos soportes móviles sobre los que se apoyan los
bastidores, cada uno con un número de bandejas poco profundas (10
a 100 mm de profundidad) donde se cargara el material a secar. El
aire calienta circula entra las bandejas por medio de ventiladores,
siendo previamente calentado por medio de intercambio de calor,
normalmente con tuberías por las que pasa vapor de agua. Cuando
las características de diseño lo permiten, las bandejas pueden ser
perforadas para aumentar el área de contacto entre el sólido y el aire
disminuyendo así la duración del secado.
FIGURA Nº7.- Maquina secadora de cacao en bandejas.
VENTAJAS Un secado más rápido Fácil operación del proceso Secado de grandes cantidades de cacao
DESVENTAJAS Alto consumo de energía Mantenimiento costoso
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1.8. MAQUINA SECADOR DE TÚNEL
Se asemejan a los secadores de bandeja pero tienen un funcionamiento semi-continuo. Aquí las bandejas se cargan sobre carretillas que se trasladan a lo largo del túnel de secado, con gases calientes que pasan sobre la superficie de cada bandeja con un flujo que puede ser a contracorriente, en paralelo o una combinación de ambos. Al introducir una nueva carretilla, la primera está siendo evacuada con el producto seco mientras las restantes se adelantan una posición en su recorrido. Así, estos conservan la flexibilidad de los de bandeja en cuanto a gama de productos que permite deshidratar aumentando la capacidad de producción con un funcionamiento prácticamente continuo.
FIGURA Nº8: Maquina secadora de cacao en túneles .
1.9. MAQUINAS SECADORES AUTOMATICOS
Estas máquinas tienen un sistema de distribución del calor entre las
semillas de cacao, intercambiando de forma vertical hacia la parte
superior y posteriormente hacia la parte inferior.
Esta secadora tiene una productividad de poder secar hasta
1000Kg/h, tienen hasta una vida útil de 10 años.
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FIGURA Nº9: Maquina automáticos secador de cacao.
VENTAJAS: Tiene un secado uniforme
Orea y seca a la vez al cacao
Consumo mínimo de energía y fácil instalación
1.10. MAQUINAS SECADORAS INDUSTRIALES DE COLOMBIA.
Estas máquinas sirven para poder acelerar el proceso de secado de
cualquier producto, productos tales como: Cacao, café, maíz, soya,
arroz, hortalizas, pescado, etc.
Dichas máquinas están construidas con un Intercambiador de Calor
de manera que los gases del combustible que se queman en la
cámara de fuego, no se mesclan con el aire producido por el
ventilador. El aire producido por el ventilador, avanza por el
intercambiador, recoge el calor y eleva así su temperatura y así
disminuye la humedad necesaria que requiere el producto a secar.
FIGURA Nº10: Maquina secadora con intercambiador de calor.
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VENTAJAS: Reducen hasta un 2.5% a 3% de humedad por hora
gracias al intercambiador de calor.
Tiene un secado uniforme.
Actualmente se tiene secadoras con una capacidad que va
desde 1 tonelada hasta 15 toneladas.
DESVENTAJAS
Alto consumo de energía
Una complicada instalación del sistema
1.11. MAQUINAS SECADORAS INDUSTRIALES EN SARAHI-ECUADOR
La maquina secadora industrial fabricada en Sarahi-Ecuador , es una
máquina de forma circular que cuenta con un sistema de
uniformización rotatorio hecho de acero, así mismo cuenta este
sistema funciona con un sistema de gas para calentar el aire la forma
de cargado es mediante maquinarias de transporte(mini cargadores),
la maquina tiene capacidad para 1Tn y su sistema descargar es por
deslizamiento. el tiempo de secado del grano de cacao es de 24
horas.
FIGURA Nº11: Maquina secadora de cacao uniformización giratoria.
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1.12. MAQUINA SECADORA ROTATORIA PERU -LIMA.
Esta máquina secadora de granos de cacao funciona mediante un
giro a revoluciones constantes para la uniformización del grano de
cacao así mismo cuenta con dos motores de que hacen funcionar el
ventilador y el sistema de giro mediante engranajes , el sistema de
carga es mediante palas y el sistema de descargar es por
deslizamiento , el calentamiento del aire se hace mediante la
combustión de gas. El tiempo de secado es 16 horas y una capacidad
de 200 kg.
FIGURA Nº1: Maquina secadora de cacao rotatoria.
1.13. MAQUINA PROTOTIPO PUCP.
La Maquina secadora de cacao para 2 toneladas presenta un
prototipo de secado con las siguientes funciones:
1.Alimentar a la máquina de cacao húmedo.
2. Se acciona el sistema de uniformizado.
3. Encender el soplador o ventilador.
4. Calentar el aire.
5. Distribuir el aire.
6. Se da el proceso de secado.
7. Apagado.
8. Control de la humedad final.
9. Descarga del cacao seco.
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La maquina usa energía limpia para el producto y logra mantener
condiciones de secado de adecuadas para el grano , se logro reducir
la humedad del grano hasta 13 % con una Tº menor o igual a 65 Cº y
velocidad menor a 3.7 m/s tiempo de secado es de 24 horas.
FIGURA Nº1: Maquina secadora de cacao cilíndrico con intercambiador de calor .
VI. LISTA DE EXIGENCIAS:
LISTA DE EXIGENCIASProyecto:
“DISEÑO DE UNA MÁQUINA
SECADORA DE CACAO PARA
DISMINUIR EL TIEMPO DE
SECADO EN LA PROVINCIA DE
SATIPO - DEPARTARMENTO DE
JUNIN.”
Cliente:Lugar: Provincia de Satipo, Departamento de Junin.Características
Deseo o exigencia
Condiciones Responsable
Función E Diseñar una máquina Secadora de Cacao eficiente en todo el proceso de secado.
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Función E La máquina deberá permitir obtener el secado del producto en un periodo corto.
Función E Diseñar una maquina secadora de cacao con una capacidad de 1 toneladas.
Geometría E Las dimensiones de la maquina deberan serlo más optimo posible y sin sobredimensionarla para el facil transporte de la maquina.
Cinemática E El movimiento de los componentes de la maquina no deberá afectar la calidad del producto final.
Energía E La maquina debera tener una distribucion de calor uniforme en toda la camara de secado.
Energía E La maquina debera usar como fuente de energia la energia electrica para su funcionamiento.
Señales E La máquina estará debidamente señalizada para el adecuado entendimiento del operador durante todo el proceso el cual ha de llevar a cabo.
Materia E Las propiedades físicas del grano de cacao no deben ser alteradas tanto al ingreso como a la salida de la máquina.
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Señales E La máquina secadora de cacao estará debidamente señalizada para el buen entendimiento de la persona que tendrá que proporcionar la semilla en sus abastecedores durante todo el sembrado que se llevará a cabo y no lamentar de accidentes.
Seguridad E La máquina deberá constar con elementos de seguridad (guardas de protección)
Seguridad E Los elementos de la maquina deben ser construidos y protegidos de manera que se prevenga cualquier tipo de accidentes.
Seguridad E En cuanto al medio ambiente esta máquina sera amistosa con la minima emision de contaminantes al medio ambiente.
Ergonomía E El sistema deberá permitir al operador maniobrar con facilidad y comodidad la máquina.
Ergonomía E El usuario debe ser capaz de alimentar a la máquina con el grano con gran facilidad.
Ergonomía E El grupo de trabajo que realizará el proceso de secado de cacao será de una persona.
Fabricación E La máquina deberá contar con formas constructivas sencillas que permitan su fabricación y ensamblado en el menor tiempo posible.
Control E Controlar el diseño bajo normas tecnicas establecidas y lograr su
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validacion para su correcto funcionamiento.
Control E Controlar el secado de cacao con sistemas de bajo costo.
Montaje E La máquina deberá ser prescrita con un procedimiento correcto de ensamble e intalacion cuidando las condiciones para el buen funcionamiento.
Montaje E La máquina deberá permitir un fácil acceso a sus componentes para el mantenimiento de los mismos, por lo que su montaje debe de ser sencillo.
Transporte E La máquina deberá poder ser de fácil transporte al lugar de trabajo.
Mantenimiento D Las piezas deberán presentar un adecuado diseño lo cual les permitirá una rapida fabricación y reemplazo de los componentes averiados.
Mantenimiento E El mantenimiento debe llevarse a cabo con poca frecuencia. Ser sencillo, económico y de fácil entendimiento para el operario de la máquina.
Costo E Los costos de fabricación deberán ser los baratos posibles , más convenientes para una máquina de calidad.
Materiales E Los materiales deben ser económicos y no tan caros. y de ser posible materiales de la zona.
Ambiente E El equipo no debe generar altos niveles de ruido debido
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a su funcionamiento.
VII. ELABORACION DEL CONCEPTO:
Para el diseño de la máquina secadora de granos de cacao, se tomaron en
cuenta los procedimientos de la tecnología artesanal, a continuación se
muestra la caja blanca y caja negra de la máquina que se va a diseñar.
1.1 CAJA NEGRA
Figura 2.1: Caja negra de una maquina secadora de cacao
A.-FUNCION: Secar cacao cumpliendo las especificaciones técnicas para
reducir tiempo de secado.
B.-OBJETO DE ESTUDIO: Maquina secadora de cacao.
MAQUINA SECADORA DE CACAO
-MATERIA PROCESADA.
-VIBRACIONES Y RUIDOS.
-AIRE CALIENTE.
-SEÑALES.
-MATERIA.
-ENERGIA.
-AIRE.
-SEÑALES
ENTRADA SALIDA
PROCESO
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ENTRADA PROCESO SALIDAMATERIA Grano de
cacao
húmedo.
MAQUINA
SECADORA DE
CACAO
MATERIA Grano de
cacao seco.
ENERGIA Eléctrica
Mecánica
ENERGIA Vibraciones
Ruidos
AIRE FRIO AIRE CALIENTE
SEÑALES Volumen de
cacao
Húmedo.
SEÑALES Volumen de
cacao seco.
1.2.-DESCRIPCION DEL PROCESO.
INICIO
INGRESO DEL GRANO DE CACAO DESPULPADO.
ALMACENAMIENTO DEL GRANO DE CACAO .
INGRESO DEL AIRE FRIO AL SISTEMA.
TRASLADO A LA CAMARA DE SECADO.
FILTRACION DEL AIRE FRIO AL SISTEMA.
CALENTAMIENTO DEL AIRE.
Esta con una Temperatura adecuada el aire?
CAMARA DE SECADO.
CONTINUA EN EL SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AIRE
1 2
NO
SI
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1.3.-ESTRUCTURA DE FUNCIONES.
a.-PRINCIPIOS TECNOLOGICOS.
Nº
Atributos Función
1
Principio tecnológico de Ingreso del grano de cacao Encargado de depositar el
grano de cacao a la maquina.
2
Principio tecnológico de almacenamiento del cacao.
Almacenar el grano de cacao en espera del aire caliente.
3
Principio tecnológico de Uniformización del grano de cacao.
Uniformizar el grano de cacao para obtener un secado uniforme
4 Principio tecnológico de Ingreso de aire al sistema.
Captar, generar aire e ingresar a la maquina secadora de granos de cacao.
El grano de cacao presenta una baja humedad?
DESCARGA DEL GRANO DE CACAO
CONTINUA EL SECADO DEL GRANO EN LA CAMARA DE SECADO
FIN
1
2
NO
SI
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5
Principio tecnológico de Filtración de aire al sistema.. Controlar el flujo de aire
captado.
6
Principio tecnológico de calentado del aire. Calentar el aire captado del
ambiente.
7
Principio tecnológico de estructura del secador.
Presenta la forma que tendrá la estructura del secador y su principio de funcionamiento.
8
Principio tecnológico descarga del grano de cacao. Descargar el grano de cacao
seco.
b.-DETALLES DE LOS PRINCIPIOS TECNOLOGICOS.
1. Principio tecnológico de alimentación
1.1. ManualmenteEl cacao es alimentado de forma manual a través del obrero quien
introduce progresivamente el cacao a la secadora.
Figura Nº 1:cargado manual de grano de cacao.
1.2. CostalLa alimentación del cacao se realiza mediante costales los cuales son
descargados a la secadora .Requiere mayor esfuerzo físico.
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Figura Nº2:cargado en costal del grano de cacao.
1.3. Baldes
Son funciones similares a las anteriores mencionadas ya que cumplen
la misma función de depositar el cacao a la secadora donde continuara
su proceso.
Figura Nº 3:cargado en baldes del grano de cacao.
1.4. Pala
La pala cumple la función de alimentar a la secadora con cantidades
grandes de cacao en cada carga.
Figura Nº 4:cargado en palas del grano de cacao.
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1.5. Fajas transportadoras
Las fajas transportadoras son utilizadas con la función de transportar el
cacao para la debía alimentación de la capsula o la fuente en donde va
estar depositado el cacao, llevan el grano de cacao de forma continua e
uniformizada.
Figura Nº 5:trasnporte en fajas del grano de cacao.
1.6. Tornillo sin fin
Los tornillos sin fin están definidos en función a las características de
trabajo, como en este caso puede ser modificada para la cantidad de
cacao que va a ser transportada a la maquina secadora.
Figura Nº 6:Transporte mediante tornillo sin fin del grano de cacao.
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1.7. Brazo robótico
El brazo robótico se puede diseñar para realizar cualquier tarea que se
desee, como puede ser soldar, sujetar, girar, etc., dependiendo de la
aplicación. En nuestro caso lo utilizaremos para el llenado de cacao a la
maquina secadora. es programada y puede abastecer un continuo
llenado de granos de cacao.
Figura Nº 7:Brazo robótico.
2. Principio tecnológico de almacenamiento
2.1. TolvasEs un dispositivo similar a un embudo destinado para el depósito y canalización del cacao en la maquina secadora. puede abastecerse de grandes cantidades de granos de cacao y una distribución uniforme.
Figura Nº 8:tolvas de almacenamiento del grano de cacao.
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2.2. Silos
Es un sistema aislado creado específicamente para el almacenamiento de
grano de cacao que se mantiene allí para condiciones ideales hasta el
momento de su secado.
Figura Nº 9:silos para almacenamiento del grano de cacao.
2.3. Estructuctura cilíndrica.
La estructura cilíndrica cumple la función de almacenamiento y cámara para
el secado del cacao, puede cubrir pequeñas cantidades de granos de cacao
desde 120 kg hasta 2 toneladas.
Figura Nº 10:estructura cilíndricas.
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2.4. Estructuras RectangularesLas estructuras de almacenamiento de forma rectangular son para grandes
cantidades de granos de cacao y son fáciles de manejar pero difíciles de
distribuir el cacao.
Figura Nº 11:estructuras rectangulares.
2.5. Bandejas.-El uso de bandejas en el almacenamiento de cacao es el sistema más
ordenado y mas uniformizado pero trabaja para pocas cantidades.
Figura Nº 12:sistemas de bandejas.
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3. Principio tecnológico de Uniformización.
3.1.-Fajas y poleas.-
El uso de poleas y fajas conectadas a un motor hace girar el sistema de
almacenamiento y secado de cacao haciendo que el grano de cacao se
uniformice en todo el cilindro.
Figura Nº 13:poleas y fajas de una maquina secadora de cacao.
3.2.-.-Paletas Rotatorias.-
El uso de paletas rotatorias dentro de la tolva de almacenamiento y secado ,
mediante un giro a velocidad constante hace que el grano de cacao se
uniformice.
Figura Nº 14:paletas rotatorias
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3.3.-.-Rastrillo .-
El uso de rastrillos para sistemas de tolvas rectangulares , hacen que se
uniformice el grano de cacao , necesita gran esfuerzo físico y a veces la
uniformización no es casi uniforme , es menos costosa.
Figura Nº 15:Uniformizado mediante rastrillo.
3.4.-Bandejas de secado.-
El uso de camas por niveles hace que el grano de cacao se coloque uniforme y
no se necesite gran esfuerzo físico en el proceso de secado
Figura Nº 16:bandejas para uniformizado.
3.5.-Paletas de movimiento lineal.
Este tipo de sistema se balancea de derecha a izquierda , es mayormente
usado en tolvas rectangulares.
30
Figura Nº 17:paletas movimiento lineal.
4. Principio tecnológico de Ingreso del aire.
4.1.-MANUAL (FUELLE O SOPLADOR CHIMENEA)El fuelle es un artefacto que sirve para absorber aire y luego devolverlo a presión.
Figura Nº 18:Fuelle para generar aire.
4.2.-SOPLADOR DE AIRE
Un soplador es cualquier máquina capaz de desplazar aire desde una zona
hacia otra, forzándolo a circular a través de un Venturi (o conducto de menor
dimensión). Las diferentes definiciones de la palabra soplador suelen incluir
características como: aspas móviles, compresiones entre 1.1 y 3 y flujos desde
500 hasta 10000 m3/h.
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Figura Nº 19:soplador para generar aire.
4.3.-VENTILADOR AXIAL
Se utiliza para producir corrientes de aire, es decir, mover el aire para
usos muy diversos. Entre ellos, ventilar los ambientes habitados, refrescar
objetos o máquinas o para mover gases (principalmente el aire) por un sistema
de conducciones.
En su versión más corriente, un ventilador es una máquina que
absorbe energía mecánica y la transfiere a un gas, proporcionándole un
incremento de presión no mayor de 10kPa (1.000 mm.c.a. aproximadamente),
por lo que da lugar a una variación muy pequeña del volumen específico y
suele ser considerada una máquina hidráulica (más propiamente, una máquina
neumática).
Figura Nº 20:ventilador axial
.
32
4.4.-COMPRENSORA
Un compresor es una máquina que está construida para aumentar la presión y
desplazar aire. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la
máquina y el ambiente en el cual el trabajo ejercido por el compresor es
transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo,
aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.
Figura Nº 21:compresora.
4.5.-ENTRADA LIBRE
El viento ingresa libremente a la cámara de secado, para su posterior
calentamiento y este a su vez secar la pepa del cacao
Figura Nº 22:Entrada de aire libre al sistema.
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5. Principio tecnológico de Filtración de aire.
5.1.-Filtracion de aire libre.-
Permite que el flujo normal de aire pase directamente a la maquina.
Figura Nº 23:Entrada de aire libre al sistema.
5.2.-Filtracion por rejillas.-
El paso del aire por una rejilla controla el flujo del aire y reduce su velocidad.
Figura Nº 24:Filtracion por rejillas.
5.3.-Filtracion por placas perforadas.-
El uso de una placa perforada controla el flujo de aire y reduce la velocidad del
aire en una cantidad mayor a la rejilla.
Figura Nº 25:Placa perforadas.
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5.4.-Filtracion Difusores redondos:
Estos tipos de difusores proporcionan aire en forma radial, con buena eficiencia
tanto en instalaciones expuestas u ocultas (nuestro caso en particular).
Figura Nº 26:Difusores redondos.
5.5..-Filtracion porTobera:
Una ventaja de la tobera difusora es que disminuye la presión de empuje del
aire con la cual impactara al cacao.
Figura Nº 27:Toberas.
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6. Principio tecnológico de calentador de aire.
6.1.-Gases de combustión.-
Los gases de combustión se obtienen de quemado del combustible, mediante
un motor de combustión o el uso de leña.
Figura Nº 28: sistema de combustión.
6.2.-Intercambiador de calor.-
Este sistema usa varillas eléctricas que calientan el flujo de aire que circula.
Figura Nº 29:Intercambiador de calor.
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6.3.-Calderas.-
Las calderas generan vapor a través de una transferencia de calor a presión
constante en el cual el liquido se calienta y cambia su fase a vapor saturado.
Figura Nº 30:Sistema de calderas
6.4.-Paneles solares.-
El uso de paneles solares es el método mas barato y rentable para calentar el
aire , su funcionamiento usa la energía renovable que depende del clima.
Figura Nº 31:Panel solar.
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6.5.-Estufas.-
Las estufas de aire canalizables son para repartir proporcionalmente el aire
caliente mediante conductos.
Figura Nº 32: Sistema de estufas.
7. Principio tecnológico de Secador de cacao.
Son equipos utilizados para separar un líquido de un sólido mediante la
evaporación. Principalmente es utilizado para reducir o eliminar humedad. En
estos equipos la fuente de calor es una corriente de gas caliente. El material
para el secado puede estar estático, móvil, fluido o diluido.
7.1.-Flujo de aire Material estático.
El gas circula sobre la superficie de un lecho o una lámina del sólido, o bien sobre una
o ambas caras de una lámina o película continua. Este proceso se llama secado con
circulación superficial. El sólido puede estar estático o en movimiento.
Figura Nº 33 Material estático.
38
7.2.- Flujo de aire material movil.
Este es un tipo de lecho de sólidos ligeramente restringido en el cual las
partículas están separadas apenas lo suficiente para fluir o deslizarse unas
sobre otras. Por lo común el flujo es descendente por acción de la fuerza de
gravedad; pero también se puede registrar un movimiento ascendente debido a
la elevación mecánica o a la agitación, generadas dentro del equipo de
proceso.
Figura Nº 34:Material móvil.
7.3.- Flujo de aire material Fluizado.-
las partículas sólidas se sostienen por medio de fuerzas de arrastre provocadas
por la fase gaseosa que pasa por los intersticios de las partículas, con una
velocidad crítica dada.
Figura Nº 35:Entrada de Material fluizado
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7.4.- Flujo de aire material diluido.-
Esta es una condición de expansión total en la cual las partículas sólidas están
tan separadas entre sí que prácticamente no ejercen ninguna influencia unas
sobre otras.
Figura Nº 36:Entrada de material diluido.
7.5.- Secador en flash con flujo paralelo.
La fase gaseosa y las partículas sólidas se desplazan en la misma dirección.
Figura Nº 37:Entrada de material en flash.
8. Principio tecnológico de Estructura del Secador de grano de cacao.
8.1.-Secador de bandejas o armario .-
Normal mente para régimen intermitente. Formado por una cámara
metálica rectangular que contiene unos soportes móviles sobre los que se
apoyan los bastidores, cada uno con un número de bandejas poco profundas
(10 a 100 mm de profundidad) donde se cargara el material a secar. El aire
calienta circula entra las bandejas por medio de ventiladores, siendo
previamente calentado por medio de intercambio de calor, normalmente con
40
tuberías por las que pasa vapor de agua. Cuando las características de
diseño lo permiten, las bandejas pueden ser perforadas para aumentar el
área de contacto entre el sólido y el aire disminuyendo así la duración del
secado.
Figura Nº 38:sistema de bandejas.
8.2.-Secador Rotatorio.-
Secador de flujo continuo, posee una cáscara cilíndrica que gira sobre
sus soportes y trabaja con una ligera inclinación respecto a la horizontal. Su
tamaño está en relación con su diámetro variando entre 4 y 10 veces. El
material que ingresa avanza por gravedad en virtud de la rotación e
inclinación, saliendo secos por el extremo opuesto. Cuando los gases
avanzan en el sentido de la descarga, éstos ayudan al material a avanzar;
pero también pueden ir en contra sentido.
Figura Nº 39:secador rotatorio.
8.3.-Secador de Túnel.-
Se asemejan a los secadores de bandeja pero tienen un funcionamiento semi-
continuo. Aquí las bandejas se cargan sobre carretillas que se trasladan a lo
largo del túnel de secado, con gases calientes que pasan sobre la
41
superficie de cada bandeja con un flujo que puede ser a contracorriente, en
paralelo o una combi nación de ambos.
Figura Nº 40:Secador por túnel.
8.4.-Secador Estructuctura cilíndrica.
La estructura cilíndrica cumple la función de almacenamiento y cámara para
el secado del cacao, puede cubrir pequeñas cantidades de granos de cacao
desde 120 kg hasta 2 toneladas.
Figura Nº 41:estructura de secado cilíndrico.
8.1. Estructuras RectangularesLas estructuras de almacenamiento de forma rectangular son para grandes
cantidades de granos de cacao y son fáciles de manejar pero difíciles de
distribuir el cacao.
42
Figura Nº 42:estructura de secado rectangular.
9. Principio tecnológico de Descarga de cacao. falta buscar
9.1.-MANUALSe peude sacar el cacao manualmente, en este caso la persona tendra que
usar guantes para su proteccion.
Figura Nº 43:descarga manual.
43
9.2.-RASTRILLO
Un rastrillo es un instrumento agrícola y hortícola consistente en una barra
dentada fijada transversalmente a un mango, usada para recoger y
deslizar hojas, heno, césped, etc.: para este caso para descargar el cacao, de
la cámara de secado hacia los costales.
Figura Nº 44:descarga por rastrillos.
9.3.-CARRO PORTABANDEJAS
Los carros porta bandejas son sumamente funcionales, permiten el flexible
alojamiento de una amplia gama de bandejas de diversa dimensiones. Las
ruedas ofrecen considerables ventajas, permitiendo el fácil desplazamiento de
los carros hacia los almacenes de refrigeración y congelación, vitrinas y
mostradores.
Figura Nº 45:descarga por bandejas.
44
9.4.-PALETAS ROTATORIAS
Su diseño robusto y compacto hace de las paletas rotativas ideal para la
industria de alimentación y procesamiento de cacao. Su campo de aplicación
incluye todo el contorno de una cámara de secado circular.
Figura Nº 46:descarga por paletas rotatorias.
9.5.-DESLIZAMIENTO.
La maquina se apaga y el cacao seco se desliza por debajo del sistema.
Figura Nº 47:deslizamiento del grano de cacao.
1.4.-CAJA BLANCA.
45
Figura 48.-Caja blanca de una secadora de cacao
INGRESO Y ALMACENAMIENTO
DE CACAO
UNIFORMIZACION DEL CACAO
CALENTAR EL AIRE
FILTRACION DEL AIRE
SECAR EL CACAO
DESCARGA DE CACAO SECO
SEÑALES
MATERIA
ENERGIA
AIRE AIRE CALIENTE
CACAO SECO
VIBRACIONES Y RUIDOS
SEÑALES
MOTOR
INGRESO DEL AIRE
2 MATRIZ MORFOLÓGICA FUNCIONES PARCIALES TECNOLOGIAS
A B C D E
INGRESO DEL GRANO DE CACAO
MANUAL COSTAL BALDES PALA FAJA TRANSPORTADORA
ALMACENAMIENTO DEL GRANO DE
CACAO
TOLVAS BANDEJAS SILOS ESTRUCTURAS CILINDRICAS
ESTRUCTURAS RECTANGULARES
47
UNIFORMIZACION DEL GRANO DE
CACAO
RASTRILLO PALETAS ROTATORIAS
PALETAS MOVIMIENTO RECTANGULAR
FAJAS Y POLEAS BANDEJAS
INGRESO DEL AIRE
MANUAL (FUELLE) SOPLADOR DE AIRE VENTILADOR AXIAL COMPRENSORA ENTRADA DE AIRE LIBRE
FILTRACION DE AIRE
DIRECTO REJILLA PLACA PERFORADA DIFUSORES REDONDOS
TOBERAS
48
CALENTADOR DE AIRE
GASES DE COMBUSTION
INTERCAMBIADOR DE CALOR
CALDEROS PANELES SOLARES ESTUFAS
SECADOR DE GRANO CACAO
FLUJO DE AIRE MATERIAL ESTATICO
FLUJO AIRE MATERIAL MOVIL
FLUJO AIRE MATERIAL FLUIZADO
FLUJO DE AIRE MATERIAL DILUIDO.
SECADOR EN FLASH CON FLUJO.
ESTRUCTURA DEL SECADOR
SECADOR DE BANDEJAS
SECADOR ROTATORIO
SECADOR DE TUNEL SECADOR ESTRUCTURA RECTANGULAR
SECADOR ESTRUCTURA CILINDRICA
49
DESCARGA DE GRANO DE CACAO
MANUAL DESLIZAMIENTO CARRO PORTA BANDEJAS
PALETAS ROTATORIAS
PALA
MAQUINA MAQUINAMAQUINA
50
VIII. BOSQUEJO Y DESCRIPCIÓN DE CADA POSIBLE SOLUCION:
Solución 1.-
Solución 2.-
Solución 3.-
IX. EVALUACIÓN DEL CONCEPTO ÓPTIMO:
9.1 VALORACION TECNICA
Para elaboración de esta tabla tomaremos en cuenta la lista de exigencias, puesto que los valores de S1, S2 Y S3 (PROTOTIPO 1, 2, Y 3) dependerán de ello.
Evaluación Técnica 0-1-2-3-4NRO LISTA DE
EXIGENCIASIMPORTANCI
AS1 S2 S3 Ideal
1 FUNCION 10% 3 3 3 4
2 GEOMETRIA 10% 2 3 3 4
3 CINEMATICA 10% 3 2 2 4
4 ERGONOMIA 7% 3 2 1 4
5 SEÑALES 5% 1 2 2 4
6 FABRICACION 10% 2 3 1 4
7 CONTROL 9% 2 2 2 4
8 TRANSPORTE 3% 1 2 2 4
9 AMBIENTE 10% 3 3 3 4
10 ENERGIA 9% 2 2 2 4
11 MONTAJE 10% 3 2 1 4
51
12 MANTENIMIENTO 7% 2 3 2 4
PUNTAJE TOTALPT= Σpix (%)i/100
100% 2.083 2.41 2.0 4
Puntaje unitarioPU=PT/4
0.52 0.60 0.5 1
• PONDERACION
0= no satisface, 1=aceptable, 2=suficiente, 3=bien, 4=perfecto o ideal
9.2 VALORACION ECONOMICA.-
Para la elaboración de la siguiente tabla se toma en cuenta los diferentes costos como del material, fabricación y transporte los cuales se da una estimación de costo aproximada a la realidad. Para mejorar análisis se toma una escala de valores.
Evaluación económica 0-1-3-4
NRO
FACTOR ECONOMIC
O
IMPORTANCIA
S1 S2 S3 IDEAL
1 Costo bajo de material
30% 2 3 3 4
2 Costo bajo de fabricación
45% 2 3 2 4
4 Costo bajo de transporte
25% 3 3 3 4
puntaje total PT= Σpix (%)i/100
100% 2.33 3.0 2.67 4
puntaje unitario
PU=PT/4
0.5825
0.75 0.667 1
PONDERACION
0= no satisface, 1=aceptable, 2=suficiente, 3=bien, 4=perfecto o ideal
52
9.3.-CRITERIOS DE IMPORTANCIA (%) Y PUNTAJE SOBRE LA SELECCIÓN DE ALTERNATIVA ÓPTIMA:
A.-VALORACION TÉCNICA:
VARIANTES DEL CONCEPTO
% Importancia (i) S1 S2 S3
º N Criterios de evaluación
P P P
1 FUNCION 10 Definición del objeto, cuando cumple el objetivo para el
cual fue diseñado
3 cumple satisfactoriamente el
requerimiento
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
2 GEOMETRIA 10 Las dimensiones de la máquina deberán ser lo más reducido, ligero y compacto
2 cumple suficientemente la
exigencia
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
3 CINEMATICA 10 La máquina describirá un movimiento rotatorio y
también el movimiento de los componentes de la máquina
debe ser sincrónico.
3 Realiza muy bien el movimiento requerido
2 No satisface la realización del movimiento
2 Realiza muy bien el movimiento requerido
53
4 ERGONOMIA 7 La máquina debe ser él cómoda para el operador y
con facilidad en la operacionalización.
3 cumple satisfactoriamente el
requerimiento
2 cumple satisfactoriamente el requerimiento
1 No satisface la realización del
movimiento
5 SEÑALES 5 Indicaciones que emite la maquinaria para su correcto
funcionamiento.
1 cumple defectuosamente
con el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
6 FABRICACION 10 los elementos diseñados tienen que ser lo más fácil
posible y que estén a nuestra disposición
2 cumple moderadamente con
el requerimiento
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
1 No satisface la realización del
movimiento
7 CONTROL 9 Permiten actuar frente a las señales y resolver los
problemas.
2 cumple moderadamente con
el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
8 AMBIENTE 10 Manera en la que actúa frente al medio ambiente.
1 No satisface la realización del
movimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
9 TRANSPORTE 3 Mover de manera continua, uniforme y efectiva el
producto
3 cumple satisfactoriamente el
requerimiento
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
3 cumple satisfactoriamente el requerimiento
54
10 MANTENIMIENTO 9 El mantenimiento debe llevarse a cabo con poca frecuencia. Ser sencillo,
económico y de fácil.
2 cumple moderadamente con
el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
2 cumple satisfactoriamente el requerimiento
11ENERGIA
10
La máquina utilizará la fuerza del tractor como
medio para el desplazamiento de la sembradora de maíz.
3 cumple satisfactoriamente el
requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
1 No satisface la realización del
movimiento
12 MONTAJE 7 La máquina deberá de ser de fácil montaje y
desmontaje lo cual sea accesible para el operario.
2 cumple moderadamente con
el requerimiento
3 cumple muy bien el requerimiento
2 cumple moderadamente
con el requerimiento
puntaje total 100 2.083 2.41 2.0
puntaje unitario 0.52 0.6 0.5
PT/4
PONDERACION
0=NO SATISFACE, 1= ACEPTABLE, 2=SUFICIENTE, 3=BIEN, 4=IDEAL
55
B.-VALORACIÓN ECONÓMICA:
Para el análisis de esta parte se tiene en cuenta el factor económico como el costo del material, costo de la
fabricación de las partes de la máquina, costo de montaje y costos de transporte.
0=no satisface, 1=aceptable, 2=suficiente, 3=bien, 4=perfecto o ideal.N FACT. EC. Importancia % S4 S6 S71 COSTO
BAJO DE MATERIA
L
30
El material, los accesorios, y componentes deben ser de ser de bajo costo y buena calidad.
2 Los materiales presentan bajo costo y una buena calidad.
3 Los materiales presentan una buena calidad y costos moderados.
3 Los materiales presentan bajo costo y una buena calidad.
2 COSTO BAJO DE FABRICA
CION
45
La fabricación de las diferentes partes de la maquina debe tener bajos costos, buenos profesionales (ingeniería - técnico) en su elaboración de esas partes.
2 La fabricación de las distintas partes y elementos de la maquina tienen costos moderados.
3 La fabricación de las distintas partes y elementos de la maquina tienen costos elevados.
2 La fabricación de las distintas partes y elementos de la maquina tienen costos moderados.
3 COSTO BAJO DE
TRANSPORTE
25
La máquina debe tener bajos costos de transporte en los diversos terrenos
3 Los costos de transporte son de bajo costo
3 Los costos de transporte son moderados
3 Los costos de transporte son de bajo costo
Puntaje total PT=Σpix(%)i/100
100 % 2.33 3.0 2.67
Puntaje unitario PU = PT/4 0.5825 0.75 0.667
56
9.4.- Evaluación de los prototipos:
PROTOTIPOS EJE X VALOR TECNICO
EJE Y VALOR ECONOMICO
PROTOTIPO 1 (P1)
0,52 0,5825
PROTOTIPO 2 (P2)
0,6 0,75
PROTOTIPO 3 (P3)
0,5 0,667
0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6 0.620
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Chart Title
Series2Linear (Series2)
valor tecnico
val
orac
ion
econ
omic
a
57
58
59