MAQUINARIA Y EQUIPOS DE ALIMENTOS

CONTENIDOLECCIN 1: GENERALIDADES ELEMENTOS DE MAQUINAS Y MATERIALES DE FABRICACIN1.1 GENERALIDADES1.1.1 ORGANIZACIN1.1.2 EDUCACIN1.1.3 ENTRENAMIENTO1.1.4 Mantenimiento1.1.5 Equipo1.1.6. Maquinaria1.1.7. Sistemas1.1.7.1 Sistema operacional1.1.7.2 Sistema estructural1.1.7.3 Sistema de soporte1.1.7.4 Sistema de transmision de potencia1.1.7.5 Sistema motriz y energetico1.1.7.6 Sistema de control operacional

CONTENIDO1.1.7.6 Sistema de control operacional1.1.7.7 Sistema de automatismo1.1.8 Anlisis de los sistemas en un equipo1.1.9 Materiales de fabricacin de los equipos1.1.10 Propiedades de los materiales1.1.11 Resistencia a la corrosin 1.1.12. Resistencia a la incrustacin1.1.13 Resistencia a los esfuerzos1.1.14 Traccin1.1.15 Compresin1.1.16 Cizalladura1.1.17 Flexin1.1.18 Torsin

1.1 GENERALIDADES

La tecnologa de alimentos relaciona la ciencia con la tcnica, as el profesional de esta rea debe poseer una buena fundamentacin en ciencias bsicas y en procesos de transformacin de los alimentos que le permitan aplicarla a la solucin de problemas en la ingeniera de Alimentos sustentado en los principios cientficos y de ingeniera para el diseo, desarrollo y operacin de equipos y procesos en el mbito alimentario teniendo en cuenta las caractersticas fsicas, qumicas, microbiolgicas, reolgicas y sensoriales de los alimentos, orientado al diseo especfico de los equipos requeridos en la transformacin de la materia prima, de acuerdo con los requerimientos del producto terminado.

1.1 GENERALIDADES

De sta manera los profesionales del rea de alimentos se encuentran comprometidos con el diseo y seleccin de equipos; ste mdulo busca suministrar una fundamentacin bsica que facilite y permita adquirir criterios para tal fin, como tambin facilitar el proceso en la toma de decisiones en materia de inversiones, funcionalidad y efectividad de los procesos en la industria de los alimentos.Los cuatro elementos fundamentales que se deben tener en cuenta para obtener xito en el manejo de maquinaria y equipos son: Organizacin, educacin, entrenamiento y mantenimiento. Cada uno de ellos es importante y no se puede eliminar ninguno sin afectar seriamente la eficacia que se busca.

1.1 GENERALIDADES

1.1.1 ORGANIZACINLa Organizacin es un elemento muy importante para el Ingeniero ya que determina la optimizacin de diversos recursos bien sean fsicos, tecnolgicos, humanos o econmicos. Se debe conocer claramente el objeto empresarial, la disponibilidad del recurso humano y la naturaleza de la maquinaria y equipo para relacionarlos con la infraestructura fsica.

Como el objetivo empresarial define la complejidad organizativa de los sistemas de instalacin con sus requerimientos y naturaleza entonces se relaciona directamente con la disponibilidad de mquinas, equipos y sistemas de potencia, alimentacin y montaje. Finalmente hay que destacar en la relacin del hombre con el sitio de produccin su capacitacin, habilidad, destreza y riesgos de accidentalidad; caractersticas que se debern desarrollar a nivel de empresa.

1.1.2 EducacinLa capacitacin de los diferentes niveles operativos del personal vinculado directa o indirectamente al proceso productivo incide en beneficio de la empresa y en la optimizacin del proceso. Esta capacitacin debe ser objetiva, aplicada a la disponibilidad tecnolgica y a la infraestructura de la empresa.

Para disminuir los riesgos de accidentalidad y garantizar una optimizacin de los recursos, es conveniente implementar una capacitacin inductiva del operario de manera integral, esto desarrollar confiabilidad en cada persona, permitir delegar funciones y por ende un efectivo control de la calidad.

1.1.3 EntrenamientoEn la industria de los alimentos se requiere de un constante entrenamiento y actualizacin del personal para que sus actividades cumplan tanto con las exigencias del trabajo como con los adelantos tecnolgicos y necesidades del mercado.El entrenamiento abarca aspectos de reconocimiento general de cada parte del proceso, esto incluye entender las partes del equipo y la funcin que cumple dentro de la transformacin del producto. Por esto un operario adecuadamente entrenado asegurar una mayor vida til de los equipos y la calidad en el servicio producido en cada planta.

1.1.4 MantenimientoEl mantenimiento de los equipos ocupa un primer plano mxime si se tiene en cuenta que este es el que permite su funcionamiento eficiente, esto se logra con un acertado programa de mantenimiento en combinacin con un apropiado programa de produccin que no exceda los lmites del equipo.El conocimiento de cada mquina, su sistema de alimentacin, redes de distribucin, codificacin, ubicacin y piezas de mayor desgaste garantizan un trabajo coordinado, integral y funcional.

1.1.5. EquipoEs uno o ms sistemas organizados e integrados para realizar un proceso o una operacin unitaria, fin o servicio, a nivel industrial.

1.1.6. MaquinariaConjunto de equipos para desarrollar un proceso industrial.

1.1.7. SistemasDesde un punto de vista eminentemente mecnico los equipos se componen de uno o ms sistemas, a la vez cada sistema consta de uno o ms subsistemas. Un sistema o un subsistema pueden realizar una o ms operaciones simultneas. Los principales sistemas son: el operacional, el estructural y de soporte, los de transmisin de potencia, el motriz y energtico, el de control y los de automatismo.

1.1.7.1. Sistema operacionalEs el elemento o conjunto de elementos encargado de realizar la funcin especfica del equipo. En algunos equipos el sistema operacional lo es todo, por ejemplo una olla domstica, no obstante, con muy pocas excepciones, los sistemas operacionales tienen movimiento para ejecutar su labor. Normalmente el sistema operacional est sometido a fuerzas de diversa ndole y que producen diferentes efectos.

Para los clculos mecnicos las fuerzas se expresan en funcin del rea sobre la cual se aplican, esta relacin recibe el nombre de esfuerzo.

1.1.7.2. Sistema estructuralPieza o conjunto de piezas que permite la integracin de los dems sistemas.

En la inmensa mayora de los equipos se constituye en el cuerpo del mismo, o la carcasa generalmente en material fundido de acuerdo con los requerimientos funcionales de este.

1.1.7.3. Sistema de soporteEs el sistema que permite la fijacin del equipo a una superficie. Dependiendo del equipo y su disposicin, los soportes pueden ser horizontal, tanto de piso como de techo y vertical o lateral sobre paredes.Estos soportes deben ser solidarios con los elementos estructurales.

1.1.7.4. Sistema de transmisin de potenciaConjunto que causa y transmite el movimiento desde el sistema motriz al sistema operacional, generando los desplazamientos de las piezas del equipo para lograr el principio de funcionamiento mecnico de este.Estos sistemas de transmisin de potencia pueden ser por engranajes, poleas ejes directos, etc.

1.1.7.5. Sistema motriz y energeticoSuministra la energa elctrica o mecnica requerida para el movimiento de las piezas. El motor es la mquina destinada a la transformacin de la energa trmica o elctrica en movimiento mecnico til.

Los motores pueden utilizar energa calorfica, elctrica, hidrulica y convertirla en energa mecnica ya sea de rotacin o desplazamiento.

1.1.7.6. Sistema de control operacionalConjunto de elementos que permiten el control operacional y mecnico del equipo as como de las variables especificas del proceso de produccin del que forma parte.

Los sistemas de control buscan ahorrar energa, mejorar la utilizacin de la maquinaria, optimizar el rendimiento de las instalaciones al evitar fluctuaciones, disminuir el mantenimiento y la mano de obra, mejorar la homogeneidad de los productos y su calidad, disminuir las mermas o prdidas de producto y mejorar la seguridad de las instalaciones, entre otras.

1.1.7.7. Sistema de automatismoConjunto de instrumentos de medicin y control que permiten el funcionamiento de la maquinaria de acuerdo a un programa operacional previamente definido.

El objetivo que se persigue cuando se habla de control de una variable es el mantenimiento del valor de la magnitud dentro de un margen prefijado, y la regulacin automtica tiende a hacer que se recupere la situacin anterior a la variacin desestabilizadora.

El control de la variable puede realizarse manualmente o automticamente a travs de dispositivos que realizan acciones sobre los equipos, sin la intervencin humana.

En algunos equipos y de acuerdo a su tamao y grado de automatizacin se tienen sistemas como son hidrulicos, neumticos, de enfriamiento o refrigeracin, de calefaccin, de seguridad, etc.

1.1.8 Anlisis de los sistemas en un equipoPara entender estos sistemas se recurre a un sencillo molino picador de carnes que se utiliza para trocear las materias primas que entran en la composicin de la mayora de productos crnicos. Tcnicamente esta mquina es un molino de discos, que efecta una operacin unitaria de reduccin de tamao.

El molino consta de las siguientes partes bsicas como se muestra en la Figura 1.Figura 1. Molino

(1) Tolva de recepcin y alimentacin de la maquina, (2) Rejilla de proteccin.(3) Tnel de alimentacin de la mquina. (4) Tuerca de fijacin del tornillo de propulsin sinfn. (5) caja de transmisin, 6 Graseras, (7) Motor elctrico, (8) Base de la mquina, (9) Ruedas para el traslado, (10) Tornillo propulsor sinfn, (11) Cuchilla de cuatro hojas, (12) Disco perforado, (13) Anillo de retencin, (14) Cabeza gua de fijacin, (15) Ranura, (16) Eje, transmisin del movimiento de rotacin.Ayudados por sta figura se establecen los siguientes sistemas:Operacional, lo constituyen dos discos (11 y 12), uno fijo y el otro giratorio. El disco fijo est sujeto a la estructura, en tanto el giratorio se sujeta al tornillo de alimentacin (10). Es aqu donde propiamente ocurre la molienda. Cuando el material tiene un tamao relativamente grande la trituracin va ocurriendomientras se alimentan los discos.

Estructural, se conoce tambin como cuerpo o carcasa (3 y 8) y es donde se ubican y contienen los dems sistemas. Tambin como el resto de partes est elaborada en fundicin.De Soporte, para fijar la mquina o transportarla dentro de la planta se dispone de unas ruedas para el traslado (9) con un freno de sujecin para asegurar el conjunto al soporte.

Alimentacin o Carga. Este sistema est compuesto de varios subsistemas como son la tolva (1) de acumulacin para alimentar (3), y el tornillo sinfn (10), que hace parte de otro sistema.Motriz, para el caso de este equipo la mquina dispone de un motor elctrico (7) el cual genera la fuerza de trituracin, mediante un torque en un movimiento giratorio, dado por el eje y transmitido a la caja de transmisin (5) que se encarga de cambiar las revoluciones y el ngulo de rotacin necesario.

Transmisor de potencia, para este ejemplo el sistema de transmisin de potencia est conformado por una caja de transmisin (5), el tornillo sinfn (10).Control. El molino dispone de dos discos, uno para determinar o controlar el tamao del producto (12), y otro para proteccin del operario (2).

Las posiciones correctas para dos discos con dos cuchillas se pueden observar en la figura 1 y son:1. Tornillo propulsor sinfn2. Primera cuchilla3. Primer disco con perforaciones de 8 mm4. Segunda cuchilla5. Segundo disco con perforaciones de 4mm6. Anillo de retencin7. Cabeza de fijacin

En la misma figura, la posicin correcta para el uso de un disco con una cuchilla es la siguiente:8. cuchilla9. Disco con perforaciones de 8 mm10. Primer anillo de retencin11. Segundo anillo de retencin

Figura 2. Interior del molino

1.1.9. Materiales de fabricacin de los equiposEs importante conocer los diferentes materiales que se utilizan para fabricar mquinas y equipos de la industria alimentara ya que esto permite comprender, relacionar, evaluar y seleccionar cada uno de ellos de acuerdo con la naturaleza de la materia prima y la operacin o proceso unitario al que se somete para la obtencin del producto terminado.

En la eleccin de los materiales ms apropiados se debe tener en cuenta, entre otros, la resistencia a la corrosin y las propiedades mecnicas o resistencia a los esfuerzos.

De acuerdo a los equipos, sus elementos estn elaborados de diversos materiales, siendo metales los ms usuales y entre ellos los aceros, el cobre y el aluminio. Igualmente se emplean aleaciones como bronces, y latones y hoy por hoy, plsticos y polmeros, como PVC, Tefln, etc.

1.1.10. Propiedades de los materialesLos equipos, especialmente los sistemas operacionales estn en contacto con sustancias que pueden afectar la estructura qumica y fsica de los materiales con los cuales estn fabricados.

En general todos los sistemas soportan fuerzas de diferente ndole, que puedan causar daos, an rupturas, en la estructura fsica de los materiales.

Los materiales empleados en la fabricacin de equipos deben tener propiedades qumicas y fsicas que le permitan realizar satisfactoriamente el trabajo durante un largo tiempo, conocido como vida til de equipo.

Las piezas conjuntos de los equipos se fabrican en diversos materiales, ello dependiendo de las acciones fsicas y qumicas a los cuales estn sometidos.

Los principales efectos o acciones qumicas son la corrosin y la incrustacin, a la vez la corrosin puede obedecer a la accin qumica o a la accin de corrientes elctricas continuas que se generan en los materiales y que llevan a la ionizacin de los compuestos qumicos de los que estn elaborados los materiales.

Las fuerzas aplicadas a areas especificas de los elementos o sistemas que conforman un equipo se denominan esfuerzos, con smbolo T., teniendo como expresin

T = F/A (1)

Las unidades de los esfuerzos, son exactamente las mismas de la presin, aunque comercialmente se emplean kg/cm2 y psi.

1.1.8.2. Resistencia a la corrosinEn la industria de alimentos los equipos utilizados son sometidos a acciones qumicas tanto por las materias primas como por los agentes de limpieza.

Teniendo en cuenta que son de vital importancia las condiciones de asepsia de la maquinaria, sta no debe presentar deterioros y por esto la importancia de la resistencia a la corrosin de los materiales en los que son fabricados.

Para una acertada eleccin del material es conveniente someterlo a situaciones similares a las del ambiente del proceso en cuanto a temperaturas, presin y tiempo.

Figura 3. Corrosin e Incrustacin

1.1.12. Resistencia a la incrustacinPrcticamente todos los lquidos, an el agua potable, empleados en la industria de alimentos tienen slidos disueltos que en diversas circunstancias forman depsitos o incrustaciones que afectan la superficie o pulido de los materiales, generando condiciones adversas para aseos pero si propicias para el desarrollo de microorganismos. Algunos materiales son muy afines a esos depsitos, tal es el caso de tuberas galvanizadas respecto a las aguas potables en tanto que las de PVC, presenta mnima afinidad a las sales que contienen las aguas potables.

1.1.13. Resistencia a los esfuerzosCuando sobre un cuerpo fijo e inmvil se aplica una fuerza, el cuerpo sufre una deformacin ms o menos visible.

Segn la posicin de la fuerza respecto al cuerpo ste estar sujeto a esfuerzos de tipo diverso, de las cuales cinco se consideran fundamentales y se denominan simples.

Para entender los diferentes tipos de esfuerzos se considerar un slido de seccin uniforme y forma alargada, llamado genricamente viga con un extremo fijo rgidamente, como en el ejemplo de las Figuras 4 a 7, empotrado en un extremo, se muestran los cinco esfuerzos simples que son: Traccin, compresin, cortadura, flexin y torsin.

1.1.14. TraccinCuando un material empleado en la construccin de una mquina debe recibir cargas continuas o alternativas, en el sentido axial y stas cargas tratan de estirar la viga, es decir se separan del centro hacia los extremos causando deformacin, se dice que la viga est sometida a un esfuerzo de traccin simple.

Figura 4. Esfuerzo de traccin

1.1.15. CompresinEl efecto contrario de la traccin es la compresin, donde las fuerzas ejercidas en la viga tienden a desplazarse de los extremos hacia el centro en el sentido axial de esta, generando un esfuerzo que se denomina compresin simple.Figura 5. Esfuerzo de Compresin

1.1.16. CizalladuraEl elemento sufre un esfuerzo de cizalladura cuando la resultante de las fuerzas aplicadas est situada en el plano de una seccin del slido perpendicular a su centro. La fuerza de accin y reaccin perpendiculares a la viga son paralelas pero no estn en la misma lnea de accin, generando as un esfuerzo cortante o de cizalladura.

Figura 6 Esfuerzo de cizalladura o cortadura

1.1.17. FlexinEste esfuerzo tiene lugar cuando las fuerzas tienden a curvar o variar la curvatura del slido, como en el ejemplo de la viga, donde la fuerza es perpendicular al sentido axial de la viga, esto causa un esfuerzo simple llamado flexin

Figura 7 Esfuerzo de flexin

1.1.18. TorsinDeformacin que experimenta un cuerpo por accin de dos pares de fuerzas opuestas y situadas en planos paralelos, que tienden a hacer girar el elemento sobre su propio eje.

Figura 8 Esfuerzo de torsin