MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO
“DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN SISTEMA PARA LA OBTENCIÓN DE CAFÉ MOLIDO”
Profesor:
Serna Villanueva, Ronald.
Carrera: C10 –V
Sección: F
Alumnos:
Bueno Altamirano, Elvis
Cabanillas Casafranca, Moisés
Díaz Wong, Marcelo
Julca Valencia, Pedro
Sifuentes Acuña, Fernando
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Diseño y Fabricación de un Sistema para la Obtención de Café
Molido A. Objetivos: .............................................................................................................................. 3
B. Marco Teórico: ..................................................................................................................... 3
Molienda: .......................................................................................................................... 3
Tipos de Molienda: ...................................................................................................... 3
Fundamentos de Diseño en Ingeniería Mecánica: ........................................................ 4
Tolerancia y ajustes: .................................................................................................... 4
Uniones y acoples: ....................................................................................................... 5
Arranque de motores AC: .......................................................................................... 10
Bandas Transportadoras:.......................................................................................... 13
Reductores de velocidad: .......................................................................................... 14
Mecanizado: ............................................................................................................... 14
C. Equipos y Materiales: ........................................................................................................ 16
D. Procedimientos: ................................................................................................................. 17
E. Observaciones: ................................................................................................................... 21
F. Conclusiones: ..................................................................................................................... 21
G. Anexos: ............................................................................................................................... 22
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“Diseño y Fabricación de un Sistema para la Obtención de Café Molido”
A. Objetivos:
Aplicar los conocimientos obtenidos durante la carrera.
Demostrar conocimientos y aptitudes tecnológicas.
B. Marco Teórico:
Molienda:
El proceso de molido implica reducir a polvo el grano de café recién tostado.
Después del tueste, el café se traslada a un silo sellado herméticamente. El
molido incrementa la superficie de café que está en contacto con el oxígeno,
lo que provoca que pueda perder sus aromas más rápidamente. Por este
motivo, este proceso se lleva a cabo en un entorno libre de oxígeno.
El café se coloca en un molinillo. El grado de molido se calcula de modo que
se adapte a la mezcla concreta de variedades que componen el café.
Un molido preciso y constante es esencial para conseguir una calidad
perfecta, taza tras taza. Es cuestión de encontrar el equilibrio exacto entre
los diversos atributos que se desea obtener de cada Grand Cru: acidez,
amargor, cuerpo y notas aromáticas.
El molido de los granos de café influye especialmente sobre el tiempo de
fluido en el momento de la preparación. Cuanto más fino se muela el café,
más lentamente pasará el agua a través de él, y más intenso y amargo será
su sabor. En cambio, si el nivel de molienda no es tan fino, el café no
expresará la complejidad de determinados aromas.
Tipos de Molienda:
Molino de Tornillo Sinfín
Molino de Rodillo
Molino de Placas
Molino de Martillo
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Fundamentos de Diseño en Ingeniería Mecánica:
Tolerancia y ajustes:
Se entiende como tolerancia al máximo valor admisible para las dimensiones de
una determinada pieza mecánica, sin que se vea afectado el normal
funcionamiento de la pieza y por ende el normal funcionamiento del sistema del
que la pieza es parte.
Las tolerancias ISO (Organización Internacional de Normalización) se definen
mediante la posición y la calidad.
a. Calidad.
Se define como calidad a la diferencia entre el valor máximo de la cota
admisible (ds) y el mínimo valor de la cota admisible (di), expresado en
micras de metro (μm).
IT= ds-di
Existen 18 diferentes calidades de fabricación indicadas con los símbolos
IT1, IT2, IT3, etc., que corresponden escalonadamente desde las calidades
más finas hasta las más bastas.
De lo expuesto anteriormente resulta que la fabricación es tanto más
exacta cuanta más pequeña es la tolerancia relativa y es por eso que se
recomienda usar las calidades de fabricación de la siguiente manera:
1 al 4: Se reservan para fabricaciones especiales de altísima
precisión
5 al 11: Se usan para la fabricación mecánica de piezas acopladas
12 al 16: Se usan sólo para fabricación basta de piezas sueltas.
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b. Posiciones de las tolerancias.
Es la situación de la tolerancia respecto a la línea de cero o medida nominal
de la pieza, en el sistema ISO la posición se designa por letras minúsculas
para ejes y mayúsculas para agujeros. La posición de la tolerancia es de gran
importancia a la hora de determinar si un acople es juego, apriete o
interferencia. En las figuras 2-6 y 2-7 se presentan las posiciones para la
tolerancia en los ejes y agujeros, respectivamente.
Uniones y acoples:
En términos generales se puede decir que existen muchos métodos para unir un
grupo de piezas y árboles de maquinaria dentro de un sistema mecánico entre las
que destacan:
Unión perno-tuerca.
Unión con perno.
Unión soldada.
Acople con lengüeta.
Uniones remachadas.
Acoples Flexibles.
Acoples con mordaza.
Acoples con engranajes.
Acople de rejilla.
Acoplamiento hidráulico.
Acoples torsionales.
Acoples de disco.
Acoples cardánicos.
Acoples de cadena.
Acoples de manguito.
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a. Uniones perno-tuerca
Las uniones con perno y con tornillo son uniones semipermanentes debido a
que los tornillos son desmontables, gracias a que la unión de las piezas es
mediante roscas.
Se puede tener la rosca construida en los elementos a unir o se puede tener
agujeros pasantes y colocar una tuerca a la salida del perno, todo depende de
la comodidad y de la disocian de la herramienta.
b. Uniones soldadas
Las uniones soldadas son del tipo permanentes debido a que los elementos a
unirse son fundidos entre sí, gracias al calor producido por la soldadura.
i. Soldadura por arco eléctrico
Proceso más conocido y más extendido y por ende el de
mayor uso. El arco eléctrico es el que proporciona el calor
que se necesita para fundir el material base y de relleno con
la finalidad de que ambos se unan. El arco se produce por
efecto de una corriente eléctrica de bajo voltaje y alto
amperaje que pasa a través de un espacio de aire existente
entre el electrodo metálico o de carbón y el material base
que está siendo soldado.
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c. Uniones remachadas
Las uniones remachadas constituyen, junto con la soldadura, una forma de
unión permanente de piezas. Se utiliza en aplicaciones donde la fuerza de
cizallamiento no es mucha.
d. Acoplamientos mordaza
i. Mordaza recta
Modelo estándar y puede operar en rangos de torques desde 3.5 lb-ft
(4.7 Nm) hasta 170 004 lb-ft (230 233 Nm)
ii. Mordaza curva
Similar al de mordaza recta, pero presenta sus cubos presentan
curvaturas con el fin de soportar un mayor torque, el cual puede variar
entre el rango de 67 lb-ft (91 Nm) hasta los 247 800 lb-ft (335 590 Nm).
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iii. Mordaza y fricción (semiabierto)
Similar a los anteriores, pero presenta un componente adicional, un
seguro en forma de anillo usado para asegurar el elastómero, la
ventaja radica en que el elastómero puede instalarse de manera radial,
este tipo de acoplamiento puede transmitir torques que varían desde
335 lb-ft (454 N-m) hasta 183 333 lb-ft (248 284 N-m).
e. Acoplamiento de engranajes
Se vale de los dientes del engranaje para transmitir el torque de un árbol a otro
árbol, el acoplamiento tolera desalineamiento a través del juego entre el los
dientes de los engranajes interiores y exteriores, esto le permite al
acoplamiento transmitir altos torques a altas velocidades, siempre y cuando
esté balanceado, este acoplamiento puede transmitir torques desde 2,500 lb-
pulg (208 lb-ft o 282 N-m) hasta 47 269 000 lb-pulg (393 908 lb-ft o 533,462 N-
m).
f. Acoplamiento de rejilla
Hace uso de dos cubos con múltiples ranuras en toda su circunferencia y una
rejilla entre ellos para transmitir el torque, el cual puede variar desde 422 lb-
pulg hasta 2 700 000 lb-pulg (3 656 555 N-m).
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g. Acoplamiento hidráulico
El acoplamiento hidráulico no es necesariamente un tipo de acoplamiento
flexible, sin embargo, está asociado a ellos, este tipo de
acoplamiento permite al motor arrancar con poca carga e
incrementarla de manera gradual hasta llegar a la totalidad de
la transmisión de potencia, el acoplamiento hidráulico utiliza
dos ruedas, un recipiente y fluido hidráulico para transmitir
torque, debido a que la transmisión de torque se realiza
de manera hidrodinámica, este tipo de acoplamiento
también provee protección contra las sobrecargas y
absorción de cargas de choque.
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Arranque de motores AC:
La puesta en servicio de un motor lleva consigo los problemas debido a sus
características; mientras que el rotor asíncrono puede arrancar sin más,
conectándolo directamente a la red, el síncrono precisa de un embalamiento; y el
monofásico, de un bobinado o espira de arranque.
a. Corriente de arranque
En el momento de arranque el motor debe producir un par lo suficiente lo
suficientemente grande como para vencer la resistencia que ofrecen los
mecanismos propios y las cargas que estén aplicadas al eje del motor.
Este par debe ser mayor en cada instante al par resistente para obtener un par
acelerador.
b. Conexiones en el motor asíncrono trifásico
Un motor asíncrono trifásico dispone de un rotor y un estator. El estator está
compuesto por uno o varios grupos de bobinados trifásicos, llamándose de un
polo cuando sólo disponen de un grupo de bobinados, de dos polos cuando
disponen de dos grupos, etc.
Para diferenciar las bobinas se nombra al principio de cada una bobina con las
letras U-V-W y el final con las letras x-y-z.
c. Procedimiento de arranque para motores
El procedimiento de arranque más sencillo es la conexión directa a la red.
I. Variadores de frecuencia
Mediante variadores de frecuencia conseguimos que el motor
arranque y además varíe su velocidad. Mediante un circuito
electrónico complejo podemos cambiar la frecuencia de la señal que
le llega al motor y modifica así su velocidad (ciclo convertidor)
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II. Arranque estrella triángulo
Consiste en arrancar el motor, que en servicio normal está conectado
en triángulo, conectándolo en estrella y, transcurrido el periodo de
aceleración, conmutarlo a triángulo.
De esta forma el bobinado recibe en el arranque una tensión de veces
menor y, consecuentemente, la intensidad que absorberá el motor
también será menor.
Si se tiene en cuenta que en un sistema trifásico conectado en
triángulo la corriente de línea es veces mayor que la de fase y en el
sistema en estrella las intensidades de línea y fase son iguales, se
llegará a la conclusión de que la corriente absorbida es también veces
menor arrancando en estrella.
Se comprueba que la reducción de por la tensión y de por la
intensidad, da como resultado una reducción de = 3 veces el valor de
la corriente absorbida.
La corriente en arranque se reduce de esta forma a un 30% del valor
que tendrá en conexión directa, si bien, al mismo tiempo, el par de
arranque referido a la conexión directa disminuye en la misma
proporción, es decir será de 0,6 a 0,7 veces el par de rotación nominal.
Para que el arranque estrella-triángulo cumpla su cometido, es
necesario que el motor conectado en estrella se acelere hasta su
velocidad nominal. En caso contrario, si se queda el motor atrancado
a una velocidad baja, puede presentarse, al conmutar, un golpe de
corriente que no será sensiblemente inferior al causado por conexión
directa; es decir, el efecto de la conexión estrella-triángulo habrá sido
nulo.
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- Donde:
QM1: Interruptor termomagnético.
KM1: Contactor principal.
KM2: Contactor Triángulo
KM3: Contactor Estrella
FR1: Relé térmico
M1: Motor
SB1: Pulsador de parada
SB2: Pulsador de marcha
SB3: Pulsador estrella/triángulo
HL1: Señalización motor en marcha
HL2: Señalización disparo relé térmic
Bandas Transportadoras:
Una cinta transportadora o Banda Transportadora es un sistema de transporte
continuo formado básicamente por una banda continua que se mueve entre dos
tambores.
a. Sistemas de transporte de banda
Los transportadores de banda son comúnmente utilizados para transportar
objetos que tienen un una superficie de fondo irregular, pequeños objetos
que puedan caerse de entre rodillos o bolsas con
producto que pueda atorarse entre los rodillos.
Los transportadores de banda son construidos
generalmente de la misma forma: con un bastidor
metálico, con rodillos en los extremos y una cuna de
deslizamiento sobre chapa o plástico de bajá fricción.
En aplicaciones donde el producto es demasiado
pesado, la cama metálica es sustituida por rodillos. Los
rodillos permiten que los objetos sean transportados
reduciendo la fricción generada sobre la banda. Los
transportadores de banda pueden ser fabricados con
secciones curvas. Estos sistemas de transportadores de banda son
comúnmente utilizados en oficinas postales o en los aeropuertos para
manejo del equipaje de pasajeros
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Reductores de velocidad:
Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un motor (ya sea eléctrico, de
explosión u otro) necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad
necesaria para el buen funcionamiento de la máquina. Además de esta adaptación
de velocidad, se deben contemplar otros factores como la potencia mecánica a
transmitir, la potencia térmica, rendimientos mecánicos (estáticos y dinámicos).
Esta adaptación se realiza generalmente con uno o varios pares de engranajes que
adaptan la velocidad y potencia mecánica montados en un cuerpo compacto
denominado reductor de velocidad aunque en algunos países hispanos parlantes
también se le denomina caja reductora.
Mecanizado:
El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de
operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea
por arranque de viruta o por abrasión.
Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras
piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los
productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran
operaciones posteriores.
a. Torneado
Torneado es la operación en la cual se utiliza una herramienta de corte con un
borde cortante simple destinado a remover material de una pieza de
trabajo giratoria.
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I. Cilindrado
Proceso mediante el cual se retira material con el fin de disminuir el
diámetro de una pieza.
II. Refrentado
Proceso que se usa para reducir la longitud de la pieza.
b. Serrado
Procedo corte que lleva a cabo con la sierra.
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C. Equipos y Materiales:
Cantidad Descripción Observación
02 Motor 98 w
02 Reductor 40 - 10
01 Moto reductor 1 Hp
1.5 mt Barra de acero Ø 1"
2 mt Faja transportadora
8 mt Ángulo L 1 1/4"
2 mt Perfil U 4" x 2"
08 Chumaceras Øint 20mm
1.5 kg Soldadura
50 Remaches
20 Pernos
03 Frascos
01 Compresor
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D. Procedimientos:
Elaboramos planos que nos ayudarían en la construcción de la estructura.
1. De tal forma comenzamos de con la fabricación de la tolva contenedora de café, la
cual fue elaborada de aluminio galvanizado, mediante procesos de serrado y
plegado, finalmente sus partes se unieron con remaches. De Igual forma se realizó
la rampa de salida de la tolva.
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2. Posteriormente se realizó la fabricación del soporte de la estructura, para lo cual
se hizo uso de los planos elaborados, ángulos y procesos de serrado y soldadura.
3. Una vez montados todos los soportes se procedió a su pintado con ayuda de un
compresor.
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4. Con la estructura ya montada empezamos con la fabricación de los ejes para las
fajas transportadoras, en lo cual se hizo uso de las barras de acero de 1” sometidos
a varios procesos de cilindrado y refrentado hasta obtener las medidas
especificadas en los planos.
5. Con los ejes ya listos se armaron las fajas transportadoras y se colocaron en la
estructura anteriormente armada. De igual manera se montó el molino.
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6. Luego se montaron los motores, los cuales se acoplaron a los ejes de las fajas y el
molino mediante bocinas.
E. Observaciones:
Las limitaciones económicas se constituyeron en un problema que impidió el
correcto y deseado proceso de fabricación.
La falta de herramientas se convirtió en un obstáculo en el desarrollo de las
actividades.
El recurso tiempo no pudo ser correctamente utilizado por sucesos imprevistos
que demoraron la culminación del proyecto.
F. Conclusiones:
Se logró aplicar conocimientos obtenidos a lo largo de la carrera en aplicaciones
técnicas y tecnológicas.
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G. Anexos:
Bocinas
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Ejes
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Se maquinaron dos ejes de estas medidas
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Plano esquemático de estructura
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Plano de Rampa de Tolva
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Seguimiento de Gantt
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