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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE UN EQUIPO SEMIAUTOMÁTICO
DE LAVADO PARA EL PROCESAMIENTO DE LA PAPA
CON CAPACIDAD DE 5 qq/h.
Perfil de proyecto de Grado, Presentado Para Optar al Diploma
Académico de
Licenciatura en Ingeniería Electromecánica
Presentado por: José Andrés Daza
Soruco
Docente: Ing. Msc. Julio Medina
Gamboa
Cochabamba, Mayo, 2012
DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE UN EQUIPOSEMIAUTOMÁTICO DE LAVADO PARA EL PROCESAMIENTO DE LA
PAPA CON CAPACIDAD DE 5 qq/h.
1. INTRODUCCION
La papa es un cultivo muy difundido a nivel mundial, cultivándose cerca
de 5000 variedades. La mayor diversidad genética de papa se encuentra
en las tierras altas de los Andes. La mayoría de las papas nativas son
cultivadas sobre los 3000 m.s.n.m., a ésta altura la fuerte radiación solar
y los suelos orgánicos andinos brindan a estas papas características
especiales.
Es un tubérculo harinoso comestible producido por ciertas plantas de un
género de la familia de las Solanáceas; el nombre se aplica también a
las plantas y es debido a la confusión que se creó en España entre las
voces americanas papa y patata. La patata blanca común es un alimento
básico en casi todos los países templados del mundo.
La papa es uno de los tubérculos más consumidos en nuestro país. Es el
tubérculo procedente de la planta Solanum tuberosum, proveedora de
una gran cantidad de nutrientes y de energía, por su contenido de
almidón, que en promedio puede alcanzar un 14%. Su contenido en
proteína y grasa es bajo
Anualmente, Bolivia produce alrededor de 750 mil toneladas de papa,
cuya totalidad va a abastecer el mercado interno.
Bolivia cuenta con más de 1.400 variedades de papa. Esto, sumado a su
capacidad de producción anual, podría hacer atractiva la idea de la
exportación y de nuevas maneras de llegar a industrializarla.
Empresas que se dedican a la comercialización e industrialización de la
papa requieren alimentos de alta calidad y sobre todo higiénicos. Esto
tiene mucha importancia en la papa pues esta crecen en la tierra y para
ser llevados a un supermercado o usarla como materia prima, antes de
cualquier proceso, estas deben estar bien lavadas y sanas.
Uno de los productos más comerciales y que requiere ser limpiado en su
totalidad es la papa, por lo que el objetivo del presente documento es
diseñar y construir una máquina apta para lavar a este tubérculo con un
enfoque a la industria procesadora de papa, de la manera más eficiente
mejorando su calidad de limpieza y costos.
2. ANTECEDENTES GENERALES
La industrialización de la papa en Bolivia es una actividad relativamente
nueva que comenzó a desarrollarse en estos últimos diez años.
La industria demandó 26.000 toneladas del producto, de acuerdo con
estudios realizados al 2003 y 2004, estas industrias ofrecen diversos
productos procesados o semiprocesados que amplían la forma de
consumo.
Del total de empresas que industrializan este tubérculo, el 70 por ciento
produce papas fritas en bolsa y pellets de papa, en tanto que 27 por
ciento fabrica sopas, fécula o almidón, galletas, chuño y tunta
embolsados. El menor porcentaje produce papas pre fritas congeladas.
Si bien se producen un gran número de variedades de papa en nuestro
país, son determinados los parámetros o características en el momento
de adquisición del producto.
La industria procesadora, es quien en definitiva viene a imponer a los
productores requerimientos cualitativos del producto, como ser su
tamaño y variedad. Esta calidad viene exigida por la industria en el
momento de adquisición del producto y son proporcionadas a través de
la las empresas comercializadoras.
Algunas de las variedades más utilizadas en la industria son:
*FUENTE: Fundación PROIMPA – Proyecto papa andina
La demanda nacional de papa (como materia prima) estimada que
requiere la industria, se ha calculado multiplicando el número de
empresas por el promedio de producción de la categoría de empresa,
estos datos representan la demanda nacional de papa por la industria
Cuadro Demanda nacional de papa por la industria en t/año
(datos estimados).
*FUENTE: Fundación PROIMPA – Proyecto papa andina
Categoría A: Industrias grandes
Que cuentan con equipo adecuado al procesamiento de papa y el
personal entrenado para el uso y manejo especifico de cada proceso,
con una producción mayor a las 150 t/año de papa fresca. En Bolivia no
se tienen industrias de papa en esta categoría.
Categoría B: Industrias medianas
Si bien éstas cuentan con equipo adecuado para el procesamiento de
papa, su capacidad productiva es baja y solo logran producciones entre
100 a 150 t/año. A esta categoría corresponden cuatro industrias de
papa frita en hojuelas, una de envasado de chuño y tunta y una que fríe
los pellets de harina de papa importados.
Categoría C: Industrias pequeñas
Talleres de procesamiento de papa que cuentan con equipo adaptado o
de muy pequeña Capacidad, logrando procesar entre 10 a 100 t/año de
papa. En esta categoría están cinco industrias de papa frita, dos de
chuño y tunta y una de fritura de pellets de harina de papa.
Categoría D: Empresas artesanales
Pequeños talleres que no cuentan con equipo adecuado y la mayor parte
de las tareas se realizan en forma manual, empleando más personal. En
esta categoría se tienen 31 empresas de elaboración de papa frita, ocho
de chuño y tunta, tres de almidón y dos de papa pelada refrigerada.
Descripción del problema.
El lavado es un punto fundamental en el proceso de la papa aunque la
papa se requieran para un proceso de industrialización o para el
mercado interno, deben recibir un lavado previo, no sólo por razones
higiénicas, sino también para prevenir la suciedad o los granitos de
arena que siempre están presentes.
Básicamente los objetivos principales del lavado son:
Separar polvo, tierra, suciedad, partes de plantas, materias
extrañas, huevos de insectos y fragmentos de insectos.
Reducir considerablemente la carga bacteriana superficial
de la papa.
Mejorar la calidad y aspecto de los productos
En la situación actual en la que encuentra las diferentes empresas
dedicadas a la industrialización o comercialización de la papa, muchas
de estas no cuentan con maquinas de lavado, ya que los costos de las
maquinas diseñadas para este proceso, son fabricadas en el extranjero
haciendo los costos muy elevados para su adquisición. De esa manera
la técnica de lavado se realiza de manera ineficiente y de una manera
muy convencional, siendo en algunas empresas prácticamente casi
manual, convirtiéndose muchas veces en un proceso aislado.
3. OBJETIVOS DE INVESTIGACION
OBJETIVO GENERAL
El objetivo general del proyecto es: Diseñar y dimensionar un equipo
semiautomático de lavado de la papa con capacidad de 5 qq/h.
OBJETIVO ESPECIFICO
Diseñar un proceso de lavado de la papa.
Calcular y seleccionar los elementos más adecuados para el
lavado y secado del producto con una capacidad 5qq/h.
Diseñar el sistema de control de la máquina mediante la
programación PLC.
Calcular y seleccionar todos los elementos eléctricos y
electrónicos que intervienen en el proyecto.
4. JUSTIFICACION
La limpieza de la Papa es una tarea importante y bastante difícil en el
proceso de industrialización o simplemente la distribución del producto
fresco. Debido a la naturaleza de este tubérculo la limpieza implica la
utilización de grandes cantidades de agua. En los procesos manuales
generalmente se emplean varias tinas de agua y bastante personal
agitando los sacos completamente llenos de producto, por todo
anteriormente mencionado se la califica de una manera ineficiente y
muy convencional ya que muchas veces el lavado se convierte en un
proceso aislado.
La implementación de un proceso automático provee de una serie de
beneficios como la reducción de personal, el aprovechamiento del agua,
reducción de tiempo de trabajo y la uniformidad en la limpieza lo cual
logra un mayor aprovechamiento del agua.
El proceso de lavado en las empresas dedicadas a la industrialización o
comercialización de la papa actualmente tiene las desventajas de que
ocupa mucho espacio, se desperdicia gran cantidad de agua, toma
mucho tiempo y mano de obra.
Se pretende diseñar un sistema de lavado con mayor grado de
eficiencia y con calidad de limpieza comparado a los sistemas
convencionales de lavado además este debe tener un gran de ahorro de
agua el cual es un problema común en estos tipos de sistemas, todo el
proceso estará automatizado utilizando PLC.
Se ha pensado diseñar una maquina, que pueda reemplazar los sistemas
convencionales, por uno más técnico. La maquina que se pretende
diseñar consiste en un sistema transportador que conduce las papas
mientras se produce el proceso de lavado y secado. Este transportador
permite que el lavado de las papas pueda llegar a ser parte de una línea
de procesamiento dando opción a añadir otros procesos dependiendo
del propósito que se busque, ya sea un deshidratado, un pelado, un
clasificado por tamaño, etc.
En el desarrollo del proyecto se llegará a basarse en las empresas
medianas industrializadoras de papa usando como parámetros las cifras
anuales de demanda del producto y a los tipo de papas más utilizadas;
según el requerimiento del producto se llegara a realizar los cálculos,
diseño y selecciona miento de los componentes
5. TEMARIO
INDICE TENTATIVO
1. CAPITULO I.
ASPECTOS GENERALES
1.1. Introducción.
1.2. Antecedentes y descripción del problema.
1.3. Objetivos.
1.3.1.Objetivo general.
1.3.2.Objetivos específicos.
1.4. Justificación.
2. CAPÍTULO II.
PROCESAMIENTO DE LA PAPA
2.1. Industrialización y comercialización de la papa
2.1.1.Tubérculos
2.1.2.Papa (SOLANUM TUBEROSUM)
2.1.3.Zonas productoras en
2.1.4.Variedades
2.1.5.Calidad culinaria
2.1.6.Características generales de la papa
2.1.7.Composición química de la papa
2.1.8.Lavado - limpieza
2.2. métodos de Lavado
2.3. Tipo de máquinas lavadoras
3. CAPITULO III.
MAQUINAS DE TRANSPORTE
3.1. Generalidades de los maquinas de transporte
3.1.1.Transporte continuo y discontinuo
3.1.2.Tipos de materiales a transportarse
3.1.3.División de las maquinas de transporte
3.2. Transportadores
3.2.1. Bandas transportadoras
3.2.2.Descripción de sus componentes
3.2.3.Clasificación
3.3. Transportadores articulados por cadenas
3.3.1.Descripción de sus componentes
3.3.2.Clasificación
3.4. Elevadores de cangilones
3.4.1.Descripción de sus componentes
3.4.2.Clasificación
3.5. Transportadores redlers
3.5.1.Descripción de sus componentes
3.5.2.Clasificación
3.6. Transportadores aéreos
3.6.1.Descripción de sus componentes
3.6.2.Clasificación
3.7. Transportadores de canales
3.7.1.Descripción de sus componentes
3.7.2.Clasificación
3.8. Transportadores de rodillos
3.9. Descripción
3.10. Clasificación
4. CAPITULO IV.
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)
4.1. Generalidades
4.2. Campos de aplicación
4.3. Ventajas e inconvenientes
4.4. Funciones básicas de un PLC
4.5. Diagrama de funcionamiento
4.6. Esquema interior de un PLC
5. CAPÍTULO V.
SISTEMA ELÉCTRICO DE CONTROL.
5.1. Generalidades.
5.2. Control y automatización industrial
5.3. Dispositivos de protección.
5.3.1.Fusible.
5.3.1.1. Fusible DIAZED.
5.3.1.2. Fusible NH.
5.3.2.Relé térmico.
5.4. Disyuntor.
5.5. Dispositivos de maniobra.
5.5.1.Contactor.
5.5.2.Solenoides.
5.5.3.Temporizadores.
5.5.4.Pulsadores.
5.5.5.Conmutadores.
5.5.6.Seccionador.
5.6. Dispositivos de señalización.
5.6.1.Piloto de señalización.
5.6.2.Baliza
6. CAPITULO VI.
ANALISIS Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS PARA EL LAVADO
DE LA PAPA
6.1. Transportación y lavado
6.1.1.Transportador de banda con listones
6.1.2.Trasportador de cangilones
6.1.3.Transportador de rodillos
6.2. sistema de transmisión
6.2.1.Bandas
6.2.2.Engranajes
6.2.3.Cadenas
6.2.4.Matriz morfológica de selección
6.2.5.Selección
6.3. Descripción de la maquina lavadora
7. CAPITULO VII.
DISEÑO Y SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA MÁQUINA
7.1. Parámetros funcionales
7.2. Volumen del producto a lavar
7.3. Cálculos y selección para las diferentes etapas del lavado.
7.3.1.Trazado de ruta y dimensiones
7.3.2.Calculo del sistema de transportadores
7.3.3.Calculo de potencia y selección del motor
7.4. Sistema de Agua y Secado
7.4.1.Descripción del ciclo de lavado de la papa
7.4.2.Distribución de las tuberías para agua
7.4.3.Sistema utilizado para el secado de la papa
7.4.4.Selección del sistema de tuberías
7.4.5.Selección de la bomba
7.4.6.Calculo y selección del ventilador
7.10. Sistema eléctrico de control y Programación del PLC
8. Análisis de costos
8.1. análisis de costos
8.2. economía actual
8.3. costos y gastos
8.4. análisis económicos de las maquinas ya existentes
8.5. conclusiones del análisis
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ANEXOS
PLANO
BIBLIOGRAFÍA
6. EXPLICACIÓN DEL TEMARIO.
Capitulo 1.- En este capítulo describe las razones y/o justificaciones del
motivo por el cual se está llevando a cabo el presente proyecto de
grado.
Capitulo 2.- Industrialización de la papa. En este capítulo se estudian
brevemente aspectos teóricos tales como. Información general, origen,
tipo, variedades y máquinas que hacen el mismo trabajo.
Capitulo 3.- En este capítulo se da una descripción de las diferentes
maquinas de transporte más utilizadas en la industria.
Capitulo 4.- En este capítulo se describe a los Controladores Lógicos
Programables (PLC), detallando su aplicación y funcionamiento.
Capitulo 5.- En este capítulo se describe la implementación del control
y automatización que se aplican para controlar distintos tipos de
procesos en la industria, detallando los conceptos de cada componente
eléctrico.
Capitulo 6.- Análisis y selección de alternativas. Para el estudio de
alternativas se establecen propuestas y a partir del análisis de las
características de cada una de ellas, se escoge la mejor.
Capitulo 7.- En este capítulo se realizara el diseño, cálculo y selección
de todos los componentes que involucran la parte de lavado y secado
de la maquina; también la programación del PLC para su control y
manejo.
Capitulo 8.- En este capítulo se realizara la evaluación económicas del
proyecto y se engloba el conjunto de esfuerzos y de recursos que se ha
invertido.
7. CRONORAMA.
JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBR
E
CAPITULO
1
CAPITULO
2
CAPITULO
3
CAPITULO
4
CAPITULO
5
CAPITULO
6
CAPITULO
7
CAPITULO
8
8. BIBLIOGRAFÍA.
1) MECÁNICA DE LOS FLUIDOS E HIDRÁULICA: Ronald V. Giles, Jack b.
Evett, Cheng Liu, 3era edición, McGraw Hill, México, 2004.
2) MECANICA DE LOS FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAUILICAS:
Claudio Matías, 2da Edición, Madrid 1986
3) APUNTES DE CLASES MAQUINAS ELEVACION Y
TRANSPORTE: Máquinas de transporte, Ing. Andrés Garrido
4) MAQUINAS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE: N. P. Waganoff
5) MATERIAL DE APOYO DIDACTICO EN LA ASIGNATURA DE
MAQUINAS DE ELEVACION Y TRANSPORTE: River Panozo S. –
Edibson Paredes A., Texto de adscripción UMSS, Cochabamba
2003
6) DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA. Joseph Edward Shigley.
5ta edición. Mc Graw Hill.
7) TEXTO GUÍA DE LA MATERIA TALLER DE CONTROL Y
AUTOMATISMOS: Ing. MSc. Walter Cossío Cabrera
8) Proyecto Papa Andina (CIP – COSUDE): Documento co-publicado y Ejecutado
a nivel de Bolivia, Ecuador y Perú.
9) ARCHIVOS ACERCA INDUSTRIALIZACION DE LA PAPA:
www.todopapa.com.ar
10) CATALOGOS SIEMENS: www.siemens.com