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

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2

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3

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4

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5

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6

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7

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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