UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECATRÓNICA PROYECTO MECATRÓNICO I
“
AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN DE LA MAQUINA PICADORA FORTE PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DEL PROCESO”
EJECUTADO EJECUTADO POR:
PACHERREZ VINCES KARLA KEREN
PALACIOS MENDOZA SANTIAGO
PEREZ SALDARRIAGA CRISTIAN
ASESOR: ING. CALDERON PINEDO LUIS.
PIURA – PERÚ PERÚ 2014
I. DATOS GENERALES 1.1.
ESCUELA PROFESIONAL:
1.2.
Ingeniería Mecatronica
TÍTULO:
“AUTOMATIZACIÓN
DE LA MAQUINA PICADORA FORTE PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DEL PROCESO”
1.3.
1.4.
AUTORES:
PacherrezVinces PacherrezVinces Karla Keren
Palacios Mendoza Félix Santiago
Perez Saldarriaga Cristian
ASESOR:
1.5.
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
1.6.
Ing. Calderon Pinedo Luis.
Sistemas de Automatización
FECHA DE EJECUCION:
Tres meses de Abril a Julio del 2014.
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1.
DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA: La necesidad de comercializar productos alimenticios ha crecido con el paso del tiempo. De igual modo, con el desarrollo industrial, hemos alcanzado nuevos métodos, técnicas y máquinas que nos permiten obtener productos de mejor calidad en menor tiempo. Además, gracias a estas máquinas, podemos tener acceso a alimentos procesados. Es importante el desarrollo de máquinas que nos ayuden en el procesamiento de productos alimenticios, ya que hoy en día nuestro país goza de un boom gastronómico el que impulsa el aumento del consumo en restaurantes, en la que encontramos a la papa en la mayoría de los platos como el acompañante ideal. Si bien se pueden cortar papas de forma manual, esto es un trabajo muy repetitivo y que requiere esfuerzo. Tras un estudio de mercado, se detectó que en la actualidad existen instrumentos capaces de cortar diferentes tubérculos e incluso verduras. Estas herramientas, que permiten seleccionar y cortar la papa, son las maquinas caseras de metal y fierro; manual-mecánico y manual-eléctrico. Estas últimas permiten un trabajo más rápido y sencillo, permitiendo cortar grandes cantidades de papa en menor tiempo. Por tal motivo, enfocamos este proyecto en la creación de una máquina que tiene como objetivo principal mostrar un sistema capaz de cortar las papas, cortándolas y dejando únicamente trozos muy delgados de papa, son un trabajo repetitivo ya que los(as) chefs continuamente estarán cortando dicho tubérculo en el instante en que se necesite servir el plato con el objetivo de mantener la frescura del mismo, esta rutina con el tiempo causaría fatiga sobre el chef, dolor en los brazos por el gran esfuerzo que se requiere un corte, y esto aumenta cuando se trata de fechas festivas. Adicionalmente corren el riesgo a accidentarse con el cuchillo o la maquina mecánica por algún descuido. Para ello, se propone este proyecto que facilite estas tareas, cubrir toda la demanda que se presente a diario en su jornada sin perder la calidad y productividad de trabajo del chef y reducirá la intervención del usuario, es decir no se aburrirá realizando los cortes y disminuirá la posibilidad de accidentarse. La cocina se volverá más eficiente generando ahorro de tiempo y dinero. Por último, esta máquina tendría demanda en el mercado local porque no existe una que haga dicho proceso.
2.2.
DEFINICIÓN Y DELIMITACIONES DEL PROBLEMA: 2.2.1. Definición del problema Lo que se busca es hacer un trabajo más sencillo, rápido y eficiente. Tener el poder de controlar el proceso sin hacer mucho esfuerzo, cubrir toda la demanda que se presente a diario en la jornada laboral sin perder la calidad y productividad. Son muchos los factores negativos en contra de la correcta funcionalidad ya que se trata de un trabajo repetitivo; el cual conlleva de mantener la frescura del producto. El diseño de nuestra maquina surgió a partir de los problemas que presentaba una maquina ya existente la cual no era lo bastante eficiente. La problemática que existía con la anterior maquina eran:
Falta de higiene Baja productividad Permanencia activa de personal No genera ahorro de tiempo y dinero
Para ir desarrollando una solución, se diseñara una maquina automatizada (la cual tendría demanda debido a que no existe en el mercado local), higiénica, de sencilla operación, resistente y productiva, así bien, también que fuera barata y de sencilla instalación para empresas y/o negocios pequeños. La cual se plantea diseñar una maquina automatizada que nos facilite estas tareas y evitar esta problemática.
2.2.2. Delimitaciones: Espacial, Temporal, Social y Conceptual
2.3.
Delimitación Espacial: Esta investigación recopilará y analizará la información referente al problema de las maquinas cortadoras que actualmente funcionan en la localidad de la Región Piura. Delimitación Temporal: El objeto de la investigación tomará como punto de partida el mes de Abril a Julio del 2014, por considerar ser un periodo que permitirá establecer los objetivos planteados. Delimitación Social: El grupo social que se tuvo en cuenta para el estudio y para la adquisición de información fueron los propios fabricantes de las cortadoras mecánicas. Delimitación Conceptual: Esta investigación abarca la mejora, automatización y el trabajo óptimo de la máquina, para así obtener un buen producto y una rentabilidad aceptada a partir de datos de producción.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: ¿Automatizando la maquina Forte, se podrá mejorar la eficiencia del proceso?
2.4.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN: OBJETIVO GENERAL:
Mejorar la eficiencia del proceso a través de la automatización de la maquina picadora forte.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
2.5.
Mejorar la higiene del proceso de cortes de papa. Aumentar la productividad utilizando la maquina picadora forte automatizada. Reducir la intervención del personal usando una máquina automatizada. Generar ahorro de tiempo y dinero con el empleo de máquinas automatizadas.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN: La presente investigación se realiza debido a la problemática que surge frente a una maquina ya existente la cual no era lo bastante eficiente. Al diseñar e implementando una maquina cortadora de papa que pueda ser instalada empresas y/o negocios pequeños, se pretende lograr maquina automatizada, higiénica, de sencilla operación, resistente y productiva, así bien, también que fuera barata.En el diseño de dicha maquina se decidió usar un sistema de automatización ya que es donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Para lograr mejorar la productividad de la empresa, mejorar las condiciones de trabajo del personal, Mejorar la disponibilidad de los productos, integrar la gestión y producción, entre otros.
2.6.
LIMITACIONES Y VIABILIDAD DE LA INVESTIGACIÓN: El presente proyecto se realizara con el aporte económico a cargo de los propios investigadores, considerándose un estudio medianamente costoso debido a que se trata de la implementación de una maquina automatizada, la cual requiere la utilización de diferentes materiales tantos mecánicos, electrónicos, etc.
III. MARCO TEÓRICO
3.1.FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3.1.1. SISTEMA DE AUTOMATIZACION: La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos1. Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
Parte de Mando Parte Operativa
La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores .Y los captadores como fotodiodos, finales de carrera. La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
Objetivos de la automatización:
Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo. Integrar la gestión y producción.
Además un sistema automatizado ajusta sus operaciones en respuesta a cambios en las condiciones externas en tres etapas: medición, evaluación y control. 1
(http://de.wikipedia.org/wiki/Automatisierung)
Medición: Para que un sistema automatizado reaccione ante los cambios en su alrededor debe estar apto para medir aquellos cambios físicos. Por ejemplo, si la fluidez de la corriente eléctrica de una maquina cambia, una medición debe ser llevada a cabo para determinar cuál ha sido este cambio. Estas medidas realizadas suministran al sistema de ingreso de corriente eléctrica de la máquina la información necesaria para poder realizar un control. Este sistema es denominado Retroalimentación, ya que la información obtenida de las medidas es retroalimentada al sistema de ingresos del sistema de la máquina para después realizar el respectivo control.
Evaluación: La información obtenida gracias a la medición es evaluada para así poder determinar si una acción debe ser llevada a cabo o no. Por ejemplo, si una nave espacial su posición y encuentra que está fuera de curso, una corrección del curso debe llevarse a cabo; la función de evaluación también determina qué tan lejos y en qué dirección debe ser lanzado un cohete para que la nave espacial tome el curso de vuelo correcto.
Control: El último paso de la automatización es la acción resultante de las operaciones de medición y evaluación. Continuando el ejemplo de la operación anterior, una vez que se sabe qué tan lejos y en qué dirección debe ser lanzado el cohete, el cohete es lanzado y devuelve al curso de vuelo a la nave espacial gracias a la reacción causada por el paso del cohete junto a la nave espacial. Existen muchas industrias están muy automatizadas, o bien utilizan tecnología de automatización en alguna etapa de sus actividades. En las comunicaciones, y sobre todo en el sector telefónico, la marcación, la transmisión y la facturación se realizan automáticamente. Esta tecnología incluye:
Herramientas automáticas para procesar partes Máquinas de montaje automático Robots industriales Manejo automático de material y sistemas de almacenamiento Sistemas de inspección automática para control de calidad Control de reaprovechamiento y control de proceso por computadora Sistemas por computadora para planear colecta de datos y toma de decisiones para apoyar las actividades manufactureras
Clases de automatización Hay tres clases muy amplias de automatización industrial:
La automatización fija: se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado. La automatización programable: se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software). Por su parte la automatización flexible: es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada. Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre sí por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora. 3.1.2. TUBERCULO: LA PAPA
Descripción2: La papa es una planta alimenticia que procede de las culturas Pre - Incas e Incas. En el territorio peruano se encuentra la mayor cantidad de especies de papa conocidas en el mundo. Actualmente en el Perú, es el principal cultivo del país en superficie sembrada y representa el 25% del PBI agropecuario. Es la base de la alimentación de la zona andina y es producido por 600 mil pequeñas unidades agrarias. La papa es un cultivo competitivo del trigo y arroz en la dieta alimentaria. Es un producto que contiene en 100 gramos; 78 gr. de humedad; 18,5 gr. de almidón y es rico en Potasio (560mg) y vitamina C (20 mg).
GÉNERO : Solanum FAMILIA : Solanáceas ESPECIE : Solanumtuberosum Distribución: Costa y sierra peruanas. Extendida a todo el mundo.
Nombres comunes: Papa, papa blanca; acshu (quechua); acso, akso, apalu, apharu, cchoke (aymara); catzari, mojaqui, mosaki, tseri
2
(Centro Internacional de la Papa , 2006)
(asháninka); curao, kara, kesia (uru); moy papa, patata, pua, quinqui (aguaruna).
Variedades: Los expertos han desarrollado miles de variedades, muchas de las cuales van quedando obsoletas por la aparición de otras con mayor rendimiento y adaptabilidad, de manera que sólo se consumen unas pocas decenas. Las variedades se pueden diferenciar por el color de la epidermis y de la pulpa, la resistencia a enfermedades, la duración del ciclo de cultivo y los requerimientos nutritivos, entre otras características de relevancia productiva. Rasgos irrelevantes para la producción, pero que sirven para identificar cultivares, son el color de las flores, la rugosidad de la epidermis y la profundidad de los ojos. Los cultivares modernos suelen ser de forma redondeada, con la piel amarilla o rosada, la pulpa blanca o amarilla y los ojos poco profundos. En los países de origen del cultivo también se conocen variedades tradicionales con estas formas, pero además existen muchas otras de piel púrpura, azul o bicolor, de carne azulada, violeta o amarilla y de formas alargadas, curvas o casi esféricas. Debido a la "nouvellecuisine", existe un interés renovado por las papas de colores poco habituales para agregar novedad o para adornar los platos y están saliendo al mercado cultivares que recuperan las características antiguas.
Algunas variedades tradicionales del Perú : Se estima que en el Perú existen más de tres mil variedades de papas nativas o criollas. Gran parte de ellas no pueden ser cultivadas fuera de los Andes peruanos debido a que requieren particulares condiciones climáticas y agroecológicas.30 Algunas de las variedades de papa tradicionales del Perú son:
Blanca: Es la papa más consumida en el Perú y en el mundo debido a su facilidad y gran uso, además puede crecer en cualquier suelo. Su uso es múltiple y muy variado ya que también puede cumplir las mismas funciones que las otras variedades de papas, se usa principalmente en las papas fritas; chifles, agua de papa, harina de papa; pan de papa, aceite de papa. También se usa casi con frecuencia al igual que la papa rosada en la elaboración de la papa rellena; y también se puede usar al igual que la papa amarilla (aunque con menor frecuencia) en la elaboración de la causa y el puré. Esta variedad de papa es la más consumida en todo el mundo ya que además de hacer comidas únicas que solamente se pueden hacer con esta papa, también puede reemplazar a las otras variedades para cumplir su función.
3.1.3. EFICIENCIA: La palabra eficiencia proviene del latín efficientĭa, que en español quiere decir: „acción‟, „fuerza‟, „producción‟. Se define como „la capacidad de
disponer de alguien o de algo para conseguir un objetivo determinado con el mínimo de recursos posibles viable‟. No debe confundirse con eficacia, que se define como „la capacidad de lograr el efecto que se desea o se espera‟.3
En física: la eficiencia o rendimiento de un proceso o de un dispositivo es la relación entre la energía útil y la energía invertida. En economía: la eficiencia es la cantidad mínima de inputs (horashombre, capital invertido, materias primas, etc.) para obtener un nivel dado de outputs (ganancias, objetivos cumplidos, productos, etc.) Actualmente este concepto suele aplicarse a través de metodologías de frontera como el análisis DEA (Data EnvelopmentAnalysis). Entre las diversas aplicaciones y estudios disponibles en el tema se encuentran los realizados por Suisiluoto (2001), y Loikkanen (2002) en Finlandia para un estudio de regiones; los de Giménez (2003) en España en gastronomía y Arieu (2004) en Argentina en la industria portuaria. En administración (management): Podemos definir la eficiencia como la relación entre los recursos utilizados en un proyecto y los logros conseguidos con el mismo. Se entiende que la eficiencia se da cuando se utilizan menos recursos para lograr un mismo objetivo. O al contrario, cuando se logran más objetivos con los mismos o menos recursos. 3.1.4. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA AUTOMATIZADO: 4 Ante lo expuesto, se requiere diseñar y construir una máquina que se encargue de realizar el corte de la papa de manera automática. Es decir, solo el usuario por medio de una interfaz seleccionará el tipo de corte y la cantidad necesaria, después la máquina procesará la información y en el menor tiempo posible se obtendrán las papas cortadas. Para ello se diseñará un Sistema de automatización que por medio de mecanismos, circuitos de control, sensores y actuadores cumpla con los siguientes requerimientos:
3
Capacidad de realizar un corte vertical en papas. Almacenamiento para mantener un stock de 7 unidades. Fácil mantenimiento.
(http://es.wikipedia.org/wiki/Eficiencia) (http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4494/RIVERA_CARLOS_SISTEMA_ MECATRONICO_RESTAURANTES.pdf?sequence=1) 4
Dimensiones máximas: 50cmx50cmx25cm para que sea transportable. Se procesarán papas sin capas secas (peladas). Buen diseño estético para que sea atractiva para su venta. Realizará cada corte por papa en menos de 8 segundos. El diseño cumplirá con las normas sanitarias correspondientes a procesos con alimentos. Se contará con sensores y con respecto a los cortes se utilizarán actuadores electrónicos. Interfaz de fácil uso para el usuario. Circuito electrónico de control (microcontrolador) cuyas señales electrónicas sean compatibles con los sensores y controle a los actuadores. Cada parte que manipule el usuario estará diseñado bajo un buen diseño ergonómico para su fácil uso. Se utilizará los siguientes softwares para el diseño, programación y simulación del sistema: SolidWorks AutoCAD Mechanical Eagle Matlab
CONCEPTO DE LA SOLUCIÓN: VISTA ISOMETRICA
Se muestra una vista general de cómo sería el Multicortador de papas, se observa al apilador de papas por el lado superior izquierdo encargado de almacenar y mantener un stock de estos tubérculos para su futuro proceso; esta cuenta con una capacidad máxima de 7 papas de acuerdo al consumo diario en restaurantes o pollerías, dicha información fue dada por un chef. Por el lado derecho se encuentra la bandeja ergonómica encargada de almacenar a las papas ya cortadas.
VISTA LATERAL:
Apilador Tapa del apilador
Se muestra la ubicación del apilador con su tapa de protección, también se observa una puerta que contendrá a dicho recipiente, solo bastará que el usuario gire la llave en forma de rectángulo para que pueda abrirla y así en poco tiempo retirarlo de la máquina para su correspondiente lavado después de la jornada, cabe resaltar que el material de este contenedor es de polietileno (resina transparente) ya que este es no higroscópico, es decir, no absorbe humedad por lo que no sería afectado en sus características tanto mecánicas como químicas, además de no reaccionar con alimentos.
VISTA FRONTAL:
Pantalla LCD Boton modo automático (A) Boton modo selector (S) Subir cuenta Bajar cuenta Stop Inicio
Se ve con más detalle el panel de control, se observa un visualizador Pantalla LCD el cual mostrará la cantidad actual de papas en el interior de la máquina, un zumbador piezoeléctrico se utilizará para dar aviso al operario que ya se terminó el proceso de corte, dos pulsadores que por cada vez que se presione aumentará o disminuirá en uno la cuenta de papas a cortar, y sus 2 botones respectivos de “Inicio” y “Parada o Stop".
VISTA SUPERIOR:
Se observa la disposición de su carcasa de acero inoxidable, diseñado lo más simple posible para facilitar el acceso a la máquina a la hora de hacer el mantenimiento.
COMPONENTES DEL SISTEMA MECATRÓNICO
S e observa la disposición de su carcasa de acero inoxidable, diseñado lo más simple posible para facilitar el acceso a la máquina a la hora de hacer el mantenimiento.
DIAGRAMA DE MECATRÓNICO:
FUNCIONAMIENTO
DEL
SISTEMA
Se presenta el diagrama de bloques del sistema automatizado, el cual se explicará por etapas:
SELECCIÓN DE MODO DE FUNCIONAMIENTO DE LA MAQUINA Y ALMACENAMIENTO O APILAMIENTO DE PAPAS: Al inicio, el usuario por medio del Panel de Control seleccionará el modo de funcionamiento de la máquina, dispondrá del modo automático, esta repetirá el proceso de corte mientras la maquina contenga papas. El modo selector por medio de dos pulsadores uno para bajar y el otro para aumentar la cuenta, seleccionará el número de papas requeridas a cortar, previamente tiene que haber introducido papas en el apilador ya que en el visualizador de pantalla LCD mostrará la cantidad de papas ingresadas a la máquina. Posterior a la selección e ingreso de papas ala apiladora, el usuario podrá presionar el botón “Iniciar” para realizar los cortes
respectivos. En la etapa de almacenamiento se cuenta con 2 sensores de presencia ubicados en la parte inferior del apilador y en la matriz de corte, los cuáles establecen las condiciones necesarias para que se pueda iniciar el ciclo. Toda la información obtenida del panel de control y de los sensores será enviada de forma digital al microcontrolador para su posterior procesamiento.
TRANSPORTE Y EJECUCIÓN DE CORTES DE LAS PAPAS: Una vez inicializado el proceso, la faja transportadora movilizará a las papas una por una en cada ciclo de corte hasta que sean detectadas por los sensores de presencia IR. Posterior a la detección y dependiendo del tipo de funcionamiento de la maquina seleccionada, se accionará el mecanismo que funciona como prensor para realizar el corte con la matriz. Finalmente, se volverá a accionar la faja transportadora para entregar la papa.
VISUALIZACIÓN Y AVISO DE FINALIZACIÓN: En un visualizador de pantalla LCD se mostrará la cantidad de papas a cortar por la máquina, la cual será menor o igual al número de papas ingresadas dentro del apilador con el objetivo de que el usuario sepa qué cantidad de papas han sido cortadas o faltan cortar.
Una vez finalizado todo el ciclo de corte, el programa enviará una señal digital al zumbador piezoeléctrico para emitir un sonido que indique la finalización de todo el proceso.
SENSORES Y ACTUADORES SENSORES:
PRESENCIA: EMISOR Y RECEPTOR INFRARROJO CONTADOR
–
El diodo emisor y fototransistor receptor infrarrojos son los que se usarán en conjunto como detector de presencia. Dichos elementos están en configuración auto réflex como se observa en la figura (a), es decir, el emisor estará enviando luz infrarroja y cuando algún objeto interfiera rebotará hacia el receptor, indicando la presencia del objeto. Este sistema se usará en la etapa de conteo de papas para indicar al usuario cuántas han sido introducidas y dicho número se mostrará por medio de un visualizador de pantalla LCD.
(a) Sensor IR configuración auto réflex. (b) Ubicación del sensor y tarjeta (pequeña que porta a los IR, y la otra es su circuito principal). (c) Ubicación del soporte en vista auxiliar.
PRESENCIA: EMISOR Y RECEPTOR INFRARROJO MÍNIMO:
–
El emisor y receptor son de los mismos tipos y modelos usados en la etapa de conteo. Dependerá del sensor de mínimo para iniciar el proceso del corte; es decir, hasta que no se confirme la presencia de al menos una papa, no se pondrá a funcionar la máquina.
(a) Sensor IR configuración auto réflex. (b) Ubicación del sensor y tarjetas (pequeña que porta a los IR, y la otra es su circuito principal). (c) Ubicación del sensor en vista lateral. (d) Ubicación del Soporte.
ACTUADORES: MOTORES
FAJA TRANSPORTADORA: El actuador a utilizar en la etapa de transporte en el Multicortador de papas, el motor por medio de 2 engranajes rectos llegue al eje motriz la cual hará mover a la faja y por ende a la papa. El encendido y apagado de este motor será controlado por el microcontrolador, la cual envía señales a su driver o tarjeta de potencia.
(a) Motor (b) Ubicación del motor – Vista 1. (c) Ubicación del motor – Vista 2.
3.2.ANTECEDENTES DEL PROBLEMA En la tesis DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA EL CORTADO DE CEBOLLAS PARA USO EN RESTAURANTES desarrollado por Carlos Alberto Rivera Loyola. El autor requiere diseñar y construir una máquina que se encargue de realizar los diferentes tipos de cortes en cebollas de manera automática. Es decir, solo el usuario por medio de una interfaz seleccionará el tipo de corte y la cantidad necesaria, después la máquina procesará la información y en el menor tiempo posible se obtendrán las cebollas cortadas. Para ello se diseñará un sistema mecatrónico que por medio de mecanismos, circuitos de control, sensores y actuadores. Pontif icia UNI VERSI DA D CATÓL I CA DEL PERÚ- F acultad I ngeni ería M ecatr óni ca Perú-Lima
de
En la tesis DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA LA EXTRACCION DEL ZUMO DE LIMONES desarrollado por Luis David Robles Pizarro. El autor requiere diseñar la máquina capaz de exprimir el jugo de los limones, primero se tuvo que identificar las etapas necesarias para su extracción, tales como: Cortar los limones, exprimido del zumo de los limones ya cortados, separación del jugo de la cáscara y semillas.
Se ha diseñado un sistema mecatrónico capaz de ejecutar estos procesos. El funcionamiento debe ser simple; de modo que pueda ser usado fácilmente por cualquier usuario sin previo entrenamiento. Pontif icia UNI VERSI DA D CATÓL I CA DEL PERÚ- F acultad I ngeni ería M ecatr óni ca Perú-Lima
de
En la tesis REBANADORA DE PAPASdesarrollada por Bernal Ruiz Claudio Alfonso, Medina Sigala Jorge Alejandro, Sierra Romero Victor Manuel. El autor requiere diseñar una maquina rebanadora de papas como su nombre lo indica, es un instrumento que se utiliza para facilitar el rebanado y lograr un corte uniforme de la papa para su posterior preparación, freído y distribución como botanas para el deleite de la comunidad. Este proyecto surgió por la necesidad de contar con una herramienta que fuese automática, higiénica, de sencilla operación, resistente y productiva, así bien, también que fuera barata y de sencilla instalación para empresas y/o negocios pequeños. El diseño de nuestra maquina surgió a partir de los problemas que presentaba una maquina ya existente la cual no era lo bastante eficiente y segura para su operador, es así como se decide realizar el diseño de una maquina diferente, automatizada e higiénica. UNI VERSI DAD DE mecánica el é ctrica Guadalaj ara- Jali sco
GUAD AL AJA RA-
F acultad
de in geni ería
3.3.ELABORACIÓN DE HIPÓTESIS Automatizando la maquina Forte, se lograría mejorar la higiene, aumentar la productividad el proceso, reducir la intervención del personal además se pueden llegar a realizar acciones de control en el ahorro de tiempo y dinero.
3.4.IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES, INDICADORES E ÍNDICES Variable
Definición conceptual Es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca Automatización la instrumentación industrial, que incluye los sensores, de la máquina los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar, controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.
Eficiencia del proceso
Definición Operacional Indicadores Formas para observar si el sistema de Sistema automatización funciona correctamente: eficiente Se usará el Sotfware ISIS, donde se desarrollarán los circuitos correspondientes. Luego ya armado el sistema, se podrá comprobar lo mismo mediante el uso de un prototipo (La señal llega al sensor y este lo transmite al actuador) viendo si cumple con todas las características de la máquina y teniendo unfuncionamiento correcto.
Falta de higiene cumple su labor a través de La palabra eficiencia proviene del latín eficiencia, que e n distintas formas: español quiere decir: „acción‟, „fuerza‟, „producción‟. Se Mediante el empleo de encuesto al personal o por define como „la capacidad de disponer de alguien o de un registro de sanidad. algo para conseguir un objetivo determinado con el mínimo de recursos posibles viable‟. No debe El nivel de productividad será medido por un confundirse con eficacia, que se define como “la registro de tiempos del proceso. capacidad de lograr el efecto que se desea o se espera”. Permanencia activa de personal es controlado a través de un registro de horas de trabajo del operario. Ahorro de tiempo es con un registro de salarios del operario.
Grado higiene
de Nominal
Nivel de Razón productividad Nivel presencia personal
de Ordinal del
Ahorro tiempo
de Intervalo
IV. METODOLOGÍA 4.1.
Escala Razón
TIPO, NIVEL, MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN TIPO DE ORIENTACION: Aplicativo y de desarrollo tecnológico (experimental) NIVEL: Es aplicada porque utilizamos los conocimientos prácticos en la solución del problema objeto de estudio. Además posee un nivel descriptivo que busca interpretar el control de nuestro sistema de corte. También empleamos el nivel explicativo, puesto que se requiere del conocimiento de la teoría, los métodos y las técnicas de investigación; tratando de efectuar un proceso de abstracción a fin de destacar aquellos elementos, aspectos o relaciones que se consideran básicos para comprender los objetos y procesos de todo nuestro sistema. Método de la investigacion: Método científico Diseño de la Investigación: Será del tipo Experimental, nosotros tendremos el manejo de la variable independiente, la cual manipularemos de la manera más adecuada. Realizaremos distintos ensayos a lo largo de todo el desarrollo del proyecto.
IV. METODOLOGÍA 4.1.
TIPO, NIVEL, MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN TIPO DE ORIENTACION: Aplicativo y de desarrollo tecnológico (experimental) NIVEL: Es aplicada porque utilizamos los conocimientos prácticos en la solución del problema objeto de estudio. Además posee un nivel descriptivo que busca interpretar el control de nuestro sistema de corte. También empleamos el nivel explicativo, puesto que se requiere del conocimiento de la teoría, los métodos y las técnicas de investigación; tratando de efectuar un proceso de abstracción a fin de destacar aquellos elementos, aspectos o relaciones que se consideran básicos para comprender los objetos y procesos de todo nuestro sistema. Método de la investigacion: Método científico Diseño de la Investigación: Será del tipo Experimental, nosotros tendremos el manejo de la variable independiente, la cual manipularemos de la manera más adecuada. Realizaremos distintos ensayos a lo largo de todo el desarrollo del proyecto.
4.2.
COBERTURA DEL ESTUDIO : Abarcara un grupo de pollerías y restaurantes de la ciudad de Piura.
4.3.
DISEÑO DE TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN. TECNICAS DE RECOLECCION DE INFORMACION:
Entrevistas
Encuestas
Observación de estados de resultados
INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE INFORMACION:
4.4.
Desarrollo del prototipo
TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS Y/O RESULTADOS:
Proteus Solidworks Comprobar las hipótesis
4.5.
ÍNDICE ANALÍTICO TENTATIVO DEL PROYECTO
CAPÍTULO I: PROBLEMÁTICA 1.1 Descripción del Problema. 1.2 Objetivos. 1.3 Justificación. CAPÍTULO II: MARCO TEORICO 2.1 Proceso de corte de la papas 2.2 Diagrama del funcionamiento de la automatización. 2.3 Bases teóricos – conceptuales 2.4 Sensores y actuadores 2.4.1 Sensores: 2.4.1.1 Presencia: Emisor y receptor infrarrojo 2.4.2 Actuadores: 2.4.2.1 Motores DC 2.4.2.2 Motores TRICO 2.4.2.3 Zumbador piezoeléctrico 2.5 Pantalla LCD 2.6 PIC 16F877A CAPÍTULO III: DISEÑO MECÁNICO Y ELECTRÓNICO DE LA MÁQUINA. 3.1 Diseño mecánico 3.1.1 Descripción y funciones de la máquina. 3.1.2 Análisis y selección de los mecanismos de la máquina. 3.1.3 Diseño de las partes y elementos de la máquina. 3.2 Diseño electrónico. 3.2.1 Diseño de la programación en el PIC 16F877A. 3.2.2 Diseño de la interfaz de usuario 3.2.3 Diseño del circuito de control. 3.2.4 Diseño del circuito de potencia. 3.2.5 Diseño del circuito del zumbador piezoeléctrico 3.2.6 Diseño de los circuitos de presencia. CAPÍTULO IV: SELECCIÓN DE MATERIALES Y SIMULACIONES 4.1 Cálculo de la potencia de los motores requeridos para el funcionamiento de la máquina. 4.2 Selección de los motores. 4.3 Selección de los materiales electrónicos. 4.4 Selección de los materiales mecánicos. 4.5 Selección de las protecciones para motor e interfaz de usuario. 4.6 Simulación e implementación de los circuitos electrónicos.
4.7
Simulación e implementación de la parte mecánica.
CAPÍTULO V: COSTOS 5.1 Costos mecánicos. 5.2 Costos electrónicos. 5.3 Costo de la mano de obra. 5.4 Determinación del costo total de fabricación de la máquina. CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES CAPÍTULO VII: BIBLIOGRAFIA CAPÍTULO VII: ANEXOS
V. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 5.1 CRONOGRAMA. ACTIVIDADES
ABRIL MAYO JUNIO JULIO S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
NOMBRE DEL ANTEPROYECTO PRESENTACION DEL ANTEPROYECTO IDEAS DEL ANTEPROYECTO RECOPILACION DE INFORMACION TOMA DE DATOS ANALISIS DE DATOS COMPRAR LA MAQUINA PICADORA DISE O MECANICO DISE O ELECTRONICO IMPLEMENTACION ELECTRONICA IMPLEMENTACION MECANICA AJUSTES DE LA IMPLEMENTACION ELECTRONICA Y MECANICA REDACCION DEL INFORME FINAL PRESENTACION DEL ANTEPROYECTO E INFORME FINAL
AGOSTO S14 S15 S16 S17
X X X
5.2 PRESUPUESTO RECURSOS
COSTO
Motor trico (20 Nm de torque)
S/. 40.00
Picadora forte
S/. 250.00
Polea y engranajes
S/. 40.00
Fajatransportadora
S/. 120.00
Motor para la faja
S/. 25.00
Motor para dosificar
S/. 25.00
Apiladora de papas
S/. 40.00
Carcasa
S/. 250.00
Componenteselectronicos
S/. 280.00
Pasajes
S/. 50.00
TOTAL
S/. 1,120.00
5.2 PRESUPUESTO RECURSOS
COSTO
Motor trico (20 Nm de torque)
S/. 40.00
Picadora forte
S/. 250.00
Polea y engranajes
S/. 40.00
Fajatransportadora
S/. 120.00
Motor para la faja
S/. 25.00
Motor para dosificar
S/. 25.00
Apiladora de papas
S/. 40.00
Carcasa
S/. 250.00
Componenteselectronicos
S/. 280.00
Pasajes
S/. 50.00
TOTAL
S/. 1,120.00
VI.
BIBLIOGRAFÍA
TESIS:
Carlos Alberto Rivera Loyola. DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA EL CORTADO DE CEBOLLAS PARA USO EN RESTAURANTES . Pontificia UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ, Facultad de Ingeniería Mecatrónica. Marzo del 2013. En:http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4 494/RIVERA_CARLOS_SISTEMA_MECATRONICO_RESTAUR ANTES.pdf?sequence=1 Luis David Robles Pizarro DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA LA EXTRACCION DEL ZUMO DE LIMONES. Pontificia UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ, Facultad de Ingeniería Mecatrónica. Setiembre del 2013. En:http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4 924/ROBLES_LUIS_DISE%C3%91O_SISTEMA_MECATRONIC O_EXTRACCION_ZUMO_LIMONES%20.pdf?sequence=1 Bernal Ruiz ClaudioAlfonso, Medina Sigala Jorge Alejandro, Sierra Romero Victor Manuel REBANADORA DE PAPAS. UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA, Facultad de ingeniería mecánica eléctrica. Julio del 2008. En:http://expodime.cucei.udg.mx/octubre2008/memorias/rebanadora. pdf
ARTICULOS DE INTERNET:
Automatización En:http://www.grupomaser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PA GINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm. Perú.2014.20 pp. http://www.monografias.com/trabajos76/automatizacion/automatizac ion2.shtml#ixzz321gMlS8j Tubérculo: PAPA En: http://es.wikipedia.org/wiki/Solanum_tuberosum. Perú.2013.38 pp. Eficiencia En:http://www.promonegocios.net/administracion/definicioneficiencia.html. Perú.2012.65 pp.
VII.
ANEXOS Y APÉNDICES Anexo 1:
GEOMETRÍA BÁSICA DEL SISTEMA DE CORTE DE PAPAS. Determinar la geometría es una etapa importante, ya que en las posiciones halladas se fijan los moldes que realizarán el corte de las papas. Los moldes diseñados no tendrán movimiento de desplazamiento, pero sí tendrán rotación con eje en el centro de cada molde. Algunas consideraciones que tomaron en cuenta fueron:
Cada papa contará con un diámetro distinto. Por ende, hay que asegurar que no exista interferencia entre los elementos. Con las dimensiones de los moldes se determinarán las fuerzas que actúan y posteriormente, la potencia requerida para el corte. A partir de los datos obtenidos se seleccionará un motor reductor, capaz de otorgar las cargas necesarias para el correcto funcionamiento de la máquina.
Anexo 2:
RESULTADOS OBTENIDOS EN LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS PARA DETERMINAR LA FUERZA DE CORTE DE UNA PAPA Objetivos del experimento:
Determinar la fuerza necesaria para cortar una papa. Distinguir el procedimiento adecuado de corte para el diseño de la cuchilla o la matriz que cortara la papa usada en la máquina. Materiales empleados:
10 papas escogidos al azar. Cuchillo de cocina. Regla milimetrada Procedimiento: Todas las pruebas fueron realizadas con limones escogidos al azar, diez para cada experimento de corte. Asimismo, las herramientas empleadas y el procedimiento fueron materiales caseros.
Medición con regla milimetrada: Se midió las papas con una regla milimetrada para tener una referencia de la fuerza requerida con respecto a las dimensiones de las papas. Sujeción del cuchillo: El método de corte consiste en penetrar la punta del cuchillo contra la papa. Para ello se sujetamos el mango de modo que no se caiga a los costados. Colocación de cargas: Se comenzaron a colocar distintos pesos sobre el mango superior hasta que el cuchillo logre cortar a la papa. Luego se tomaron los resultados.
Anexo 3:
SELECCIÓN DEL MOTOR REDUCTOR
Torque y Potencia de Corte:
Con esta fórmula encontraremos el torque para el corte, y con el resultado obtenido seleccionaremos el tipo de motor.
