Post on 12-Jul-2016
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FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica
“DISEÑO DE UNA TOSTADORA DE CAFÉ DE 10 KG”
CURSO: DISEÑO DE SISTEMA MECÁNICOS
DOCENTE: ING. NORMAN AGUIRRE
INTEGRANTES:
- ALVARADO GALAN LUIS- MOROCHO POLO SANTIAGO- SOTO CHIRINOS GUILLERMO- VERA DAVILA CARLOS
AULA : LABORATORIO DE ROBÓTICA
Pimentel, 15 de Diciembre del 2015
DISEÑO DE SISTEMAS ELECTROMECANICOS – TOSTADORA DE CAFE
INDICE
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................................3
RESUMEN................................................................................................................................................4
1. PARÁMETROS DE DISEÑO....................................................................................................................5
2. PRINCIPIOS DE SOLUCIÓN...................................................................................................................8
3. LISTA DE EXIGENCIAS...........................................................................................................................9
4. ESTRUCTURA DE FUNCIONES............................................................................................................10
5. MATRIZ MORFOLOGICA:...................................................................................................................12
6. PROYECTO PRELIMINAR....................................................................................................................14
7. CÁLCULOS POR RELACIÓN DE TRANSMISIÓN....................................................................................15
8. ESPECIFICACIONES DE LA MÁQUINA.................................................................................................15
9. PLANOS Y COSTO DE FABRICACIÓN...................................................................................................15
CONCLUSIONES.....................................................................................................................................31
RECOMENDACIONES.............................................................................................................................32
DISEÑO DE SISTEMAS ELECTROMECANICOS – TOSTADORA DE CAFE
INTRODUCCIÓN
Cualquier labor que esté en pro del desarrollo, innovación de procesos y
producción del café en un país cafetero como PERU que tiene el grano de café
excelente con un aroma agradable , que su economía depende en gran parte de
este producto, es un gran avance que además de estar a favor del desarrollo y
comercialización del producto, está en pro del crecimiento del país, pues la
población que está directamente vinculada con el grano es muy alta; no sólo los
que dependen únicamente de este negocio como los campesinos, agrónomos o
caficultores, sino también las empresas distribuidoras del fruto, las personas que
venden el producto en sus tiendas e incluso aquellos que lo consumen.
Nuestro Objetivo es facilitar el café tostado por transferencia de calor
sobresale entre los demás debido a que en éste método se aprovecha en mayor
proporción el calor necesario para que el café sea tostado y dar un buen
producto a la gente . Y así salir adelante con nuestros productos como el café
que `pueden ver en nuestro país.
DISEÑO DE SISTEMAS ELECTROMECANICOS – TOSTADORA DE CAFE
RESUMEN
La idea surgió porque en tiendas de café, no es fácil y en muchas ciudades no
está permitido tostar con gas debido a las restricciones legales de prevención de
incendios; por lo tanto no hay casi tostadores profesionales ni tostadores de
muestras profesionales que se puedan utilizar en tiendas. Creo que la idea de
tostar en una tienda para que gente pueda verlo y sentirse atraída por el olor del
café y el propio proceso de tostado del grano es muy positiva desde el punto de
vista del negocio. Así que pensé en crear un tostador eléctrico de alta calidad
con un diseño moderno que pueda usarse para ambas muestras y tostar tu café
cada día. La única desventaja de los tostadores eléctricos es que con las
resistencias de calefacción no se controlar a la perfección la temperatura del
cilindro, ya que o están encendidas o apagadas y una vez están apagadas y si
necesitas activarlas de nuevo necesita de unos minutos para calentarse y con
esto se puede perder nuestro perfil de tostado porque tardan mucho tiempo
antes de que reaccionen; con mi sistema he solucionado este problema y ahora
puedo controlar la temperatura muy fácilmente, aumentando o disminuyendo la
unos grados según mis necesidades.
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1. PARÁMETROS DE DISEÑO
1.1. CARACTERÍSTICAS DEL CAFÉ
El proceso de tueste del café son la temperatura y el tiempo en que ésta actúa.
La temperatura no es constante, sino que varía a lo largo del proceso y los
tiempos son inversamente proporcionales a la temperatura.
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a. Movido por un eje sin fin
Consiste en que el eje sin fin gire en un solo sentido. El grano ingresa por la
abertura que y son arrastradas por el eje. Pocos son los casos en los que se
considera la fricción para el arrastre, ya que el coeficiente de fricción entre el
acero y el PET es bajo. La potencia es dada por un motor reductor mediante
un acople y por giro se obtiene por poleas.
Las máquinas con un solo eje sin fin, realiza el movimiento con ayuda de
una superficie estática. La potencia se incrementa para las poleas porque
debe vencerla fricción entre el grano del café y la superficie estática. La
ventaja es que estas máquinas tienden a ser pequeñas, ya que emplean dos
poleas. Desventaja es que el tostado del cafe está limitado por la cantidad
que permiten el molido.
Además, esto elementos están sometidos a mayor carga que los de las
máquinas con dos poleas, por la fricción con la superficie.
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LA FORMA DEL GRANOCabe mencionar que el mercado tiene como base de aceptación, la forma del
grano, plano convexo o "planchuela", considerándose como la constitución
normal, según consta en la norma mexicana de café, cualquier otra forma
diferente o mencionada resulta como consecuencia de una malformación del
fruto.
EL TAMAÑOEl tamaño del grano de café se mide en zarandas, las medidas se dan en
sesenta y cuatroavos de pulgada (1/64 que es igual a 0.3968 mm), son láminas
con perforaciones redondas o bien pueden ser alargadas, siendo éstas:
Monografias.com
EL COLOREl color del grano de café oro, varía de acuerdo con la región y altura donde se
produce, sin embargo, puede alterarse radicalmente con el sistema mayor
cuidado por la aplicación de elevadas temperaturas; esta aplicación de calor
debe ser cuidadosamente controlada, finalmente el color también puede variar
de acuerdo a las condiciones de almacenamiento.
BENEFICIADO HUMEDOEl beneficiado húmedo es una fase de la producción de suma importancia, es un
tratamiento que se le da al café, como parte de un proceso de preparación,
consta de variados procedimientos:
A) Corte o recolección de la cereza.
B) Recepción en el Sifón.
C) Despulpado.
D) Fermentado.
E) Lavado.
F) Secado.
En patio.
En secadora.
Cómo lograr una correcta cloración verde olivo.
G) Almacenamiento.
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Hay que tener en cuenta que a cada paso se debe extremar el cuidado en el
manejo y el proceso del café, evitándose se dañe y deteriore en su calidad y por
lo consiguiente en el precio final.
2. PRINCIPIOS DE SOLUCIÓNPara cumplir con la carga de 10 kg la tostadora tendrá unas características
críticas para poder cumplir con el tostado de toda la cantidad, principalmente en
el diseño mecánico de la máquina el cual se complementa con el flujo del aire
caliente encargado de tostar el café.
Teniendo una oscilación de la temperatura de funcionamiento de la máquina
entre 185°C y 240°C, ya que al utilizar otros gases que agilicen el proceso de
tostación se puede afectar la calidad y las propiedades del café. Se tendrá
especial cuidado en la utilización de materiales que no tengan ningún tipo de
contaminación ambiental, además al utilizar solamente aire como agente
tostador, se evita la emanación de vapores que afecten la salud de la persona
que opera la máquina.
3. LISTA DE EXIGENCIAS Se elabora una lista de exigencias en la cual se determinan las exigencias y
deseos que deben ser cumplidos en el diseño de la tostadora de café.
EXIGENCIA SOLUCIÓNLa máquina debe ser lo
suficientemente rígida como para
mantener su estabilidad durante la
Es almacenar cada ajuste del tostador como fórmula para que sea disponible
en todo momento.
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operación del tostado o tueste del
café.
La energía utilizada en la máquina
debe de ser del tipo Mecánica.Utilizaremos un motor eléctrico para transformar la energía eléctrica, en
energía mecánicaPara su construcción deben usarse
materiales con buenas propiedades y
que se obtenga uniformidad de
temperaturas, además que no
contaminen el ambiente
Calculo correcto para escoger el material adecuado para la fabricación
de la máquina.
La máquina debe contar con las
instrucciones de uso y las respectivas
señales de seguridad.Señalización en el exterior de la
máquina.
Se contará con botones de encendido
y apagado. Serán de fácil
comprensión y manejo para el
operador y usuarios (para el caso de
energía eléctrica).
Panel de control de la máquina.
El sistema que controla la entrega del
premio debe ser del tipo electrónico. Sistema electrónico
4. ESTRUCTURA DE FUNCIONES La función total de la tostadora de café puede representarse en forma de una
caja negra, donde se tienen en cuenta tres magnitudes de entrada y de salida.
Proceso de la tostadora de café.
CAJA NEGRA
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Tueste de café.
Energía
Grano de café.
Energia
Proceso de la tostadora
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4.1. DESCRIPCIÓN DE FUNCIONES a) Extracción de semillas: Para este paso existen dos opciones:
Vía Seca (A esté café se le llama cereza)
• Se recolectan las cerezas rojas o amarillas (maduras) dejando el pezón adherido a la
rama.
• La cosecha no debe durar más de 2 semanas, para evitar que la semilla se seque en
el árbol.
Vía Húmeda (A este café se llama lavado o fermentado)
• Se recolectan las cerezas.
• Se remojan para quitarles las capas y luego se lavan los granos.
b) Recepción en el Beneficiadero: Se recibe y procesa el café el mismo día en el que
se ha recolectado, previo lavado. Se pesa el café al momento de recibirlo y procurar no
dejar expuesto al sol.
c) Despulpado: Este proceso debe realizarse antes de las 6 horas de la recolección ya
que este tiempo podría afectar el producto y producir una fermentación posterior. Se
debe construir un tanque para almacenamiento de agua de suficiente volumen. La
máquina despulpadora tiene que estar de acuerdo a la cantidad de horas diarias que
se utilice. Se debe limpiar, calibrar las cuchillas alimentadoras, revisar la tolva y el
cilindro de la despulpadora y por último revisar el sistema de movimiento ya sea
manual o eléctrico. Asegurarse que no haya ninguna impureza tales como: maderas,
metales, residuos vegetales, etc. Alimentar con suficiente agua a la despulpadora y
enseguida dejar pasar las cerezas. Recoger la pulpa, secarla al sol y utilizarla como
fertilizante.
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Grano de café.
Proceso de la tostadora
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d) Zarandeo: Escoger una zaranda (tamizador) que tenga un tamaño en relación con
el tamaño de la despulpadora, se puede usar una zaranda manual o eléctrica, para
separar los granos que no se han despulpado.
e) Fermentación: Se coloca el café despulpado en el tanque de fermentación. Luego
se deja fermentar de 12 a 20 horas, hasta que la textura este rugosa. La fermentación
se va a acelerar cuando se añada al fermentador miel proveniente de una fermentación
anterior. Es conveniente evitar que el café se sobre fermente, o no se fermente
suficiente, porque va a perder calidad.
5. MATRIZ MORFOLOGICA:
manual mecánico hidráulico neumático eléctrico
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Preparar
Alimentar
Quemado
Transportar
Multiplicar fuerzas
Tostar
Almacenar
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Concepto de solución Tipo de línea1
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5.1. Concepto de solución
Se realiza esquemas de los conceptos de solución, los cuales se muestran en la
siguiente taba, y se procede a hacer una evaluación tomando valores del 1 al 4, donde:
0: No aceptable 2: Suficiente 4: Muy satisfactorio
1: poco satisfactorio 3: Satisfactorio.
N:Criterios técnicos y
económicossoluciones
01 02 03 04
1 preparar 4 3 3 3
2 estabilidad 4 4 2 3
3 Facilidad de manejo 4 3 2 4
4 Buen uso de fuerza 4 3 2 4
5 Costo de tecnología 3 2 4 2
6 Costo de operación 3 2 4 2
7 seguridad 4 4 2 3
8 rapidez 4 4 2 3
9 Facilidad de montaje 4 2 4 3
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Posibilidad de
automatización 4 4 2 3
Suma total 38 31 25 27
6. PROYECTO PRELIMINAR
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Para el proyecto preliminar se consideran los pasos que sigue el operario y las etapas
por las que está sometida el tostado del café, estas son mencionadas a continuación.
Se representa el proceso del quemado y en el panel de funcionamiento para el usuario.
Procedimiento del usuario
1) Se retira la tapa
2) Se introduce los granos de café en la maquina
3) Pulsar el botón de la maquina
4) Expresar aproximadamente 2 a 3 min y se pulsa el botón apagar
El proceso del tuesteEl proceso del tostado puede dividirse en 3 etapas:
La primera es cuando el grano pierde humedad, y empieza a ganar temperatura; luego
viene la etapa del tostado, en la que se llevan a cabo las diferentes reacciones
químicas y físicas. Y como última etapa, viene la conocida como enfriado, cuyo objetivo
es detener estas reacciones una vez obtenido el tueste deseado. En la primera etapa
conocida también como de deshidratación debido a que el grano alcanza la
temperatura de ebullición del agua.
En la primera etapa se presentan cambios como el color de los granos, de un verde
brillante a un amarillo pálido debido a la deshidratación, pues el contenido de agua
disminuye de un 90 a un 70% y sensorialmente percibimos un aroma tipo pan y
cereales.
Proyecto preliminar 1:
- La reducción de velocidad es por medio de un motor reductor.
- La inversión de giro se consigue por las poleas.
- La transmisión de potencia de motor reductor al eje sin fin es por acople.
Proyecto preliminar 2:
- La reducción de velocidad es por medio de un motor reductor.
- La inversión de giro se consigue por las poleas.
- La transmisión de potencia del motor.
- Poseen la longitud roscada para ser montadas con facilidad en las poleas
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7. CÁLCULOS POR RELACIÓN DE TRANSMISIÓN RPM DEL MOTOR = 900 RPM
DIAMETRO DE LAS 3 POLEAS = 1Pulg= 2.54cm
DIAMETRO DE LA POLEA CONDUCIDA= 12Pulg= 30.48cm
R.T =D1/D2 = n2/n1 =D1 (N1)=D2 (N2) =2.54 cm (900rpm)=30.48 (n2) N2=75 rpm
D1= DIAMETRO DE POLEA MOTRIZ
D2= DIAMETRO DE POLEA CONDUCIDA
N1= VELOCIDAD DE POLEA MOTRIZ (RPM)
N2= VELOCIDAD DE POLEA CONDUCIDA (RPM)
8. ESPECIFICACIONES DE LA MÁQUINALas especificaciones de la máquina para un buen uso son las siguientes
Potencia del motor: 1/2 HP
Velocidad de giro: 900 rpm
Voltaje: 220/440 V
Intensidad de corriente: 5,2/2,8 A
Frecuencia: 60 Hz
Altura: 136.54 cm
Largo: 115 cm
Anchura: 65 cm
Profundidad: 1.63 mm
Peso: 57 kg.
9. PLANOS Y COSTO DE FABRICACIÓN
9.1. Lista de planosEl diseño cuenta con 14 planos. La denominación es la siguiente Abreviación – Nombre
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P01 – ESTRUCTURA
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P02 - EJE 2 TORNILLO SIN FIN
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P03 - TOLBA Y CILINDRO
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P04 – SISTEMA A GAS (MECHEROS Y TUBERIA)
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P05 – VALVULA
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P06 – CHUMACERAS
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P07 - EJE 1
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P08 - POLEA 1
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P9 - POLEA 2
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P10 - POLEA 3
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P11 - POLEA 4
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P12 - ENSAMBLE
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P13 - ENSAMBLE SOLIDWORK
9.2. Estimado de costos de fabricaciónEn el presente punto se muestran los costos estimados de la máquina. Los costos se
dividen en costo de fabricación, costo de diseño y costo de armado.
Costos de fabricación
Costo de elementos seleccionados:
Son los costos de todos elementos seleccionados incluyendo el del motor. Se aclara
que todos los elementos pertenecientes a esta división fueron comprados, en
consecuencia, los precios mostrados en la tabla 2 de cada elemento son los
pertenecientes a la fecha Septiembre - Diciembre del 2015.
Costo de Diseño
Para los costos de diseño se considera que el tiempo empleado es de dos meses y el
costo del tiempo empleado por mes es de S/. 425. Por lo tanto, el costo total de diseño
es de S/.850.00 (ochocientos cincuenta con 00/100 nuevos soles).
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Costo de Armado
Para el costo de armado se estableció, y se emplearon el grupo del proyecto con ayuda
de cada uno. El armado se realiza durante 5 días y se trabajó 3 horas diarias.
El resumen de costos se muestra en la tabla 1. Los costos están en nuevos soles:
Tabla 1. Resumen de costos en nuevos soles (S/.)
COSTO DE FABRICACIÓN
1. MOTOR 1/2HP (900. RPM) 400.00
2. ELEMENTOS SELECCIONADOS 214.00
3. ELEMENTOS ELABORADOS 1 546.00
SUB TOTAL 2 160.00
COSTO DE DISEÑO 850.00
COSTO DE ARMADO -
COSTO TOTAL 3010
Tabla 2. Materiales y dimensiones de elementos elaborados
No Elementos MaterialDimensiones de
material comprado
1
Fabricación del
eje
Con tornillo
sinfín
AISI- 310 Anexo 1 planos de eje y tornillo sinfín
1Fabricación de
Quemador a
gas
AISI-310Anexo 2 (plano de quemador a gas)
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2Selección de
chumacerasASTM A36 Anexo 3 (plano de quemador a gas)
1Estructura de
tostadora de
café
AISI 1045Anexo 4 (plano de estructura)
1Cilindro acero
inoxAISI-310 Anexo 5 (plano de cilindro de acero)
1Tolva De acero
inoxAISI-310 Anexo 5 (plano de tolva de acero)
4 Selección de
poleasAISI-1020 3 poleas de 1” y 1 de 12”
2 Fajas o
correas
Múltiple A
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CONCLUSIONES
La tostación de café, aunque parece un procedimiento muy sencillo de realizar,
requiere de mucha técnica y mucha precisión en el momento de controlar las
variables presentes en el proceso para que se desarrolle una tostación
satisfactoria.
Todo el proceso depende principalmente de la temperatura a la cual está el aire
y el tiempo en que está en contacto con el café, en este punto es donde nuestro
proyecto o maquina hace su función ya que todo está estrictamente controlado
Esta propuesta de nuestro proyecto de la tostación de café en lecho Fluidizado
está encaminada a mejorar la calidad del proceso, ya que aunque se tengan
unos granos de muy buena calidad pero la tostación no se realice de una forma
adecuada se pueden perder propiedades importantes en el fruto.
Es bueno documentarse acerca de los tipos de aceros inoxidables para elegir
cuál de ellos elegir, ya que muchas personas pueden llegar a pensar que sólo
hay un tipo de acero inoxidable ya que nuestro proyecto su construcción está
basada en este material.
Realizar un diagrama de flujo antes de empezar con cualquier programación
sirve para afianzar la lógica que debe llevar el algoritmo que controlará el
sistema, minimizando errores y operaciones no deseadas en nuestra maquina o
proyecto que es la tostadora de café.
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RECOMENDACIONES
Si se desea realizar un tueste mucho más exacto se puede incorporar en
el sistema un análisis de imágenes, haciendo una comparación entre el
nivel de tueste deseado y el que está teniendo el café en un tiempo t.
Una forma alternativa de controlar el flujo de aire que envía el generador
es bloqueando en algún porcentaje el diámetro por donde se realiza la
absorción del fluido.
Para obtener una tostación más limpia, se puede adicionar un módulo
extra al lecho para que realice una separación entre las cascarillas que
van soltando los granos cuando están siendo tostados.
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