UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE MECATRÓNICA INFORME No. 1
ASIGANTURA: ASIGANTURA: DISEÑO MECATRÓNICO MECATRÓNICO NRC: 1699
TEMA: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO PARA DESGRANAR MAÍZ A BAJO COSTO
ALUMNOS: MORALES DIEGO LINO FREDDY POLO JUAN PABLO
FECHA: JUEVES 02/06/2016
INTRODUCCIÓN En el Ecuador existe una gran variedad de razas de maíz, adaptadas a diferentes altitudes, tipos de suelo, y ecosistema. El maíz es uno de los cultivos de importancia para la economía de los los productores de
las provincias de Azuay, Cañar, Loja, Manabí,
Esmeraldas, Guayas y Los Ríos. Según datos del Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) (2015), el rendimiento estimado por hectárea de esta gramínea es de 3,7 toneladas-esto para el nivel tecnificado-, en el caso de los pequeños agricultores, el volumen estimado por hectárea no supera a 1 tonelada. Esto debido a la falta de asistencia técnica y acceso a la tecnológica, la escasez de líneas de crédito, y al alto costo de maquinarias; factores que se convierten en barreras que impiden un normal desarrollo de esta actividad, produciéndose de esta manera un estancamiento en el crecimiento económico de los maiceros de nuestro país. Centrándonos en el acceso a maquinaria, dentro de la actual oferta de desgranadoras de maíz, existe una variedad de marcas en el mercado cuyos precios oscilan entre los 800 y 2500 dólares. Aunque existen lugares que prestan el servicio de alquiler de maquinarias, las condiciones en que estas máquinas funcionan no son las adecuadas pues generan mucho desperdicio y no son lo suficientemente veloces para el proceso. Es por ello que se requiere elaborar una maquina desgranadora de maíz que satisfaga las condiciones de producción de los pequeños agricultores y a su vez sea accesible.
JUSTIFICACIÓN El Diseño y construcción de un prototipo para el proceso de desgranado de maíz busca facilitar la operación y a la vez el mantenimiento de sus partes integrantes, la disminución del tiempo de desgrane del maíz que se tiene hoy en día en sectores rurales. Con todo esto se considera que el producto va a ser más limpio y sin granos rotos, así también habrá una disminución muy importante en el desperdicio del grano de maíz. Por otro lado se busca mejorar el diseño con relación a las máquinas existentes en un proceso productivo real de aprovechamiento del grano del maíz en el sector agrícola.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Situación problemática u oportunidad El siglo XXI trae como características adelantos técnicos, científicos, obtención de una mejor salud física; pero estos adelantos no han llegado a los pueblos de los países en vías de desarrollado, nuestros pueblos siguen viviendo aún de manera precaria. Es por ello que viendo la necesidad de ayudar a nuestros agricultores hemos visto por conveniente realizar el siguiente trabajo, que estamos seguros será de suma utilidad y que con un bajo costo podrán gozar de las facilidades que brinda la desgranadora de maíz.
Definición del problema a resolver y determinación de objetivos a alcanzar. El objetivo de este trabajo es ayudar al agricultor y lograr que accedan de alguna manera a pequeños trabajos que les ayude en su quehacer diario, ganando tiempo y con menor esfuerzo físico. De esta manera el pequeño agricultor contará con un instrumento que será de gran ayuda, facilitando su trabajo, generando ahorro de tiempo, de una manera muy práctica con el uso de la desgranadora.
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................... 3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................................ 3 Situación problemática u oportunidad ....................................................................................... 3 Definición del problema a resolver y determinación de objetivos a alcanzar............................... 3 1.- TEMA: ....................................................................................................................................... 6 2.- OBJETIVO: ................................................................................................................................. 6 2.1.- Objetivo General ................................................................................................................ 6 2.2.- Objetivos Específicos. ......................................................................................................... 6 3.- DESARROLLO: ........................................................................................................................... 6 3.1.
Características del desarrollo exitoso de un producto ................................................... producto ................................................... 6
3.2.
¿Quién diseña y desarrolla productos? .......................................................................... productos? .......................................................................... 6
3.4.
Visión del proyecto.......................... ......................... .......................... ......................... ....... 8
3.5.
Misión del proyecto......................... ......................... .......................... ......................... ....... 8
3.6.
Identificación de las necesidades del cliente.......................... ......................... .................... 9
3.6.1 Paso 1: Recopilar datos sin procesar de los clientes ................................................ ........... 9 DESGRANADORA DE MAÍZ DM – 10............................................................................................ 9 DESPLUMADORAS DE POLLOS .................................................................................................. 10 3.6.2 Paso 2: Interpretar datos sin procesar en términos de las necesidades de los clientes ..... 10 3.6.3 Paso 3: Organizar las necesidades en una jerarquía ......................................................... 11 3.6.4 Paso 4: Establecer la importancia relativa ......................... .......................... ..................... 11 3.6.5 Paso 5: Reflexionar en los resultados y el proceso ........................................................... 12 3.7.
Especificaciones Especificaciones objetivo del producto ......................... .......................... .......................... 12
3.7.1.
Paso1: Listado de métricas ........................ ......................... .......................... ............. 12
3.7.2. Paso2: Recabar información de comparaciones con la competencia ............................... 12 3.7.3. Paso3: Cuadro de valores objetivo ideales y marginalmente aceptables aceptables ......................... 14 3.7.4. Paso 4: Reflexionar en los resultados y el proceso .......................................................... 14 3.8.
Generación de conceptos ........................ .......................... ......................... .................. 15
3.8.1.
Proceso de Aclarar el Problema ............................................................................ Problema ............................................................................ 15
3.8.2.
Actividades en el Proceso de búsqueda externa .......................... .......................... 17
3.8.2.1. 3.8.3.
Acercamiento a los clientes .............................................................................. clientes .............................................................................. 17 Benchmarking Benchmarking ...................................................................................................... 17
Desgranadora de maíz MADE: MADE: ......................................................................................... 18
Desgranadora de maíz DM – 10 ....................................................................................... 18
3.8.4.
Actividades del proceso de búsqueda interna .......................................................... 18
PRIMER CONCEPTO .......................................................................................................... 20
SEGUNDO CONCEPTO...................................... ................................................................. 24
TERCER CONCEPTO........................................................................................................... 28 3.8.5. Actividades de exploración sistemática ....................................................................... 33
3.9.
Árbol de clasificación de conceptos .............................................................................. 33
3.9.1 Tabla de combinación de conceptos ................................................................................ 35 3.9.2. Análisis de resultados en el proceso ............................................................................ 36
3.10.
Selección del concepto ................................................................................................. 36
4.- CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 38 5.- RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 39 6.- BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 39 7.- ANEXOS .................................................................................................................................. 40
1.- TEMA: Diseño y construcción de un prototipo para desgranar maíz a bajo costo 2.- OBJETIVO: 2.1.- Objetivo General Diseñar un prototipo de desgranadora de maíz con capacidad de procesamiento de 2 quintales por hora, a bajo costo. 2.2.- Objetivos Específicos.
Lograr que el grano sea limpio y de corte uniforme Diseñar una máquina de fácil transporte y manipulación. Garantizar que la maquina tenga una operación segura. Desarrollar un prototipo de desgranadora de maíz de bajo costo
3.- DESARROLLO: 3.1.
Características del desarrollo exitoso de un producto
Calidad del Producto. La calidad del producto será muy tomada en cuenta ya que su utilización será de manera continua y estará en diferentes condiciones ambientales para su de trabajo. Costo del Producto. El costo de producto dependerá de los materiales a ser utilizados y del dimensionamiento electrónico que se realice. Tiempo de desarrollo. El tiempo de desarrollo de todo el producto es un punto a tomar muy en cuenta, ya que este depende de la rapidez de nuestro equipo para completar el desarrollo del producto. Costo de Desarrollo. Sera tomado en cuenta en el momento de llevar a cabo la construcción del prototipo, para saber las utilidades que tendrá la empresa. Capacidad de desarrollo. Una vez realizado la construcción del prototipo se podrá realizar productos con más eficiencia y así mejorar una economía a futuro. 3.2.
¿Quién diseña y desarrolla productos?
Esta actividad necesita la colaboración de todas las funciones de la empresa. Mercadotecnia.- Una vez ya implementado el producto se podrá pedir al departamento de mercadotecnia personal especializado para que sirva de intermediaria entre el producto y los clientes.
Diseño. El diseño se lo realizara con la experiencia adquirida a través de los años llevando a cabo cada uno de los conocimientos y normas para el diseño de elementos de máquinas. Manufactura. Este proceso se lo llevara a cabo en los laboratorios de la universidad con la guía del personal especializado que en el mismo se encuentra. 3.3.
Procesos y organizaciones de desarrollo
3.3.1 Proceso genérico de desarrollo Planeacion
Mercadotecnia
-Definir segmentos de mercado . -Articular oportunidad de mercado.
Diseño -Considerar plataforma y arquitectura del producto. -Evaluar nuevas tecnologías. -Tener presentes normas industriales de diseño.
Manufactura
-Identificar restricción de operación. -Establecer estrategias para la disminución de tiempo de realización. -Hacer uso de prontuario..
Desarrollo del Concepto
-Observar las necesidades que el cliente tiene. -Identificar usuarios lideres -Identificar los productos ya existentes en el mercado.
-Desarrollar conceptos de diseño industrial. -Investigar la factibilidad del diseño del producto
-Evaluar factibilidad de producción. -Estimar el costo del la materia prima a ser manufactura da.
Diseño en el nivel Sistema
Diseño de Detalle
Desarrollar estrategia para la selección de opciones de productos.
Desarrollar plan de mercadotecnia
-Generar la arquitectura que tendrá el producto. -Refinar el diseño Industrial. -Definir la existencia de subsistemas.
-Identificar proveedores en la selección de materia prima. -Definir el esquema final del ensamble.
Definir geometría de piezas. Asignar tolerancias.
Pruebas y Refinamiento
Facilitar pruebas campo
de
Evaluar impacto ambiental.
Inicio de Producción
Poner la primera producción a disposición de clientes clave.
Evaluar los resultados obtenidos en la primera producción
Selección de materiales.
-Definir proceso de producción de piezas. -Seleccionar herramental.
Refinar procesos de fabricación y ensamble
Iniciar sistema de producción en serie.
3.4.
Visión del proyecto
La visión de nuestro proyecto es la siguiente “Posicionar la desgranadora de maíz en la industria agrícola nacional como líder en
desarrollo de la agricultura con alto rendimiento de producción del grano de maíz ” 3.5.
Misión del proyecto
Declaración de la misión Descripción del producto
Prototipo automático, eléctrico, para desgranar maíz
Propuesta de valor
Desgrana maíz con gran rapidez y menos esfuerzo que manualmente
Metas clave de negocio
Mercado primario
Prototipo presentado principios de Agosto del 2016 30% de participación en el mercado nacional para el 2018 40% de margen bruto Agricultores de bajos recursos
Mercado secundarios
Industria agrícola
Suposiciones
Eléctrico
Trabajo continuo Involucrados
Usuario Minorista Producción Tabla 1. Declaración de la misión
3.6.
Identificación de las necesidades del cliente
3.6.1 Paso 1: Recopilar datos sin procesar de los clientes Productos existentes DESGRANADORA DE MAÍZ DM – 10
Figura 1: Desgranadora de maíz DM-10
Esta máquina realiza las labores de deshojado, desgranado y limpieza en una sola operación. O si lo prefiere puede desgranar el maíz sin hoja siendo necesaria la disminución de la velocidad en el equipo.
Algunos beneficios de desgranar con hoja:
Favorece el desgranado y limpieza, evitando la rotura o trilla de maíz y rotura de tuzas lo que al final repercute en un maíz limpio. Reducción de mano de obra puesto que no hay que deshojar previamente la mazorca. Su rendimiento en relación con el tamaño de la máquina y su bajo peso, además de la alternativa de ser operada con motores a gasolina o diésel la hacen muy versátil para ser llevada al lote así sea en ladera. Su estructura compacta, con pocos componentes, tolva de entrada y criba de desgrane intercambiables la hacen fácil de operar y mantener, además su cámara de desgrane elaborada en dos piezas permite acceder fácilmente al interior de la máquina para su limpieza o en el caso de un eventual atascamiento.
DESPLUMADORAS DE POLLOS
Figura 2: R.P.I Rotarty Plucker
La máquina, un cilindro inoxidable de 0,5 CV de potencia media (con una de 1,5 CV se pueden hasta desplumar seis aves a la vez), funciona haciendo girar a toda velocidad al pollo que choca contra unos “dedos” de goma, que son los que los de spluman en sólo 30 segundos, menos de lo que cuesta limpiar unos boquerones para vinagre. La temperatura del agua es uno de los factores más importantes: debe estar entre 60 y 70 grados centígrados. Aunque para las ocas, pavos o la caza silvestre, además de un buen escaldado, se necesita un turbo para que la máquina alcance mínimo los 0,75 CV de potencia. 3.6.2 Paso 2: Interpretar datos sin procesar en términos de las necesidades de los clientes De acuerdo a la encuesta realizada en la provincia de Manabí en el sector Los Bajos, a un agricultor de la zona, se obtuvo los siguientes datos de acuerdo la necesidad del cliente. Ver encuesta en ANEXO d).
¿Qué pasaría si la máquina se detiene para quitar la tuza? ¿La máquina es fácil de transportar? Tengo mucha producción para todo el día ¿Podría hacer mantenimiento?
La máquina debe trabajar en forma continua por lo cual la tuza sale sin necesidad de parar la máquina. La máquina es liviana y de una tamaño adecuado para su fácil transporte El sistema trabaja normalmente para largo tiempo incluso días. Es de fácil mantenimiento y montaje
“La máquina puede desgranar maíz de acuerdo a los quintales requeridos ” “Si tengo un daño, a quien acudo?”
La máquina debe tener velocidades para aumentar o disminuir la producción de quintales por hora Los repuestos son de fácil acceso por lo que el cambio lo puede hacer uno mismo.
Tabla 1. Necesidades del cliente
3.6.3 Paso 3: Organizar las necesidades en una jerarquía
Partes de la maquina fácil de montar y cambiar Elementos a disposición de distribuidores a nivel nacional Bota por separado el grano del maíz con la tuza Trabaja por varias horas Acople con baterías
XXX X XXX XX X
Tabla 2. Organizar necesidades
Las necesidades de la tabla anterior se describen con “X”, mientras más “X” significa una necesidad de mayor impacto que otras con menos de “X”.
3.6.4 Paso 4: Establecer la importancia relativa Con las necesidades organizadas establecemos las más importantes relacionando unas con otras. Y el número establecido será el número de acuerdo a las necesidades del cliente En relación a energía (1) - Acople de baterías
X
- Trabaja por varias horas Mantenimiento (2) - Fácil mantenimiento y cambio de partes
X
- Elementos a disposición de distribuidores a nivel nacional Funcionamiento (3) -Bota por separado el grano de maíz con la tuza Tabla 3: I mportancia relativa
X
3.6.5 Paso 5: Reflexionar en los resultados y el proceso Las necesidades principales desgranar el maíz. Luego se estableció importancia a otras necesidades que son petición del cliente y son las siguientes: 3.7.
Botar por separado el grano de maíz con la tuza Fácil mantenimiento y cambio de partes Acoplar baterías Especificaciones objetivo del producto
3.7.1. Paso1: Listado de métricas -
En relación a energía (1) Mantenimiento (2) Funcionamiento (3)
Número de Número de Métrica necesidad 1 1,3 2 3 3 2 4 2 5 2,3 6 2 7
Métrica
Importancia
Unidades
Bajo costo Que no rompa el grano Liviano Transportable Fácil montaje y mantenimiento Fácil cambio de partes Agradable a la vista
5 5 3 4 5 3 3
$ % Kg M Seg Subj Subj
Tabla 4. Métrica y sus importancias
3.7.2. Paso2: Recabar información de comparaciones con la competencia
Des g ran ad o ras d e Maí z DSC102
DSC101
DSF100
Capacidad 50-60qq por hora Construida en plancha de alta resistencia Motor de 16HP gasolina 2 Motor de 20HP a diésel Motor de 16HP gasolina pistones Arranque eléctrico Arranque manual Zaranda cambiable Zaranda Fija Chasis metálico
Capacidad 120qq por hora
Capacidad 50-60qq por hora
Llantas de auto para remolcar Tabla 5: Datos técnicos DSC 102, 102 y DSF100
DESGRANADORA DE MAÍZ DM – 10
DESCRIPCIÓN Desgranado maíz con hoja (kg/h) Desgranado maíz con hoja (sacos)
DM – 10 300 – 600 kg/h * 5 – 10 sacos de 60 kg/h*
Criba (diámetro de los 16 agujeros en milímetros)
Revoluciones del rotor
1200 – 1500 R.P.M.
Diámetro polea del rotor
7”
Motor principal Eléctrico
2 HP
Motor principal Gasolina o diésel
3 HP
Polea motor a 3600 R.P.M.
3”
Tabla 6: Datos técnicos DM-10
Número 1 2 3 4 5
Necesidad Imp. Bajo costo 5 Liviano 3 Transportable 4 Fácil montaje y 5 mantenimiento Agradable a la vista 3
Local ** **** ***** *****
DM-10 **** ** ** ***
**
***
Tabla8. Comparación de mét rica con un producto de competencia
3.7.3. Paso3: Cuadro de valores objetivo ideales y marginalmente aceptables Número 1 2 3 4 5 6 7
Necesidad Bajo costo Que no rompa el grano Liviano Transportable Fácil montaje y Mantenimiento Fácil cambio de partes Agradable a la vista
Imp. 5 5
Unidades $ %
Valor marginal 290 0,6
Valor ideal 300 0,5
3 4 5
Kg Cm mes
35 50 *70 5-7
30 40* 60 10-12
3
Subj
3 marcas
9 marcas
3
Subj
-
-
Tabla9. Especificaciones de las necesidades
3.7.4. Paso 4: Reflexionar en los resultados y el proceso
Peso mínimo: sabemos de las restricciones que tenemos un máximo de 30 kg. Rapidez: sabemos de restricciones que nuestra maquina debe desgranar 2 quintales por hora. Optimización del espacio: tenemos unas dimensiones máximas de 40 por 60 cm. Que trabaje horas sin energía eléctrica: Se necesita de baterías para su funcionamiento Bajo costo: es la consideración más importante ya que máximo está dispuesto a pagar un agricultor hasta $300. Fácil mantenimiento y montaje: la maquina debe ser robusta para que sea necesario dar mantenimiento a partir de los 10 meses como mantenimiento preventivo y que no sea por mantenimiento correctivo Fácil cambio de partes: se debe obtener el repuesto en cualquier ferretería y de diferentes marcas para que se tenga más de una opción de elección.
3.8.
Generación de conceptos
“Un concepto de un producto es una descripción aproximada de la tecnología, principios
de funcionamiento y forma del producto.” Si bien el proceso de generación de conceptos inicia con un conjunto de necesidades que son proporcionadas por el cliente, es indispensable que definir un método adecuado para facilitar el proceso de generación de conceptos, y finalmente obtener un conjunto de conceptos del producto. 3.8.1. Proceso de Aclarar el Problema En función a las necesidades del cliente identificadas anteriormente han surgido las siguientes preguntas:
¿Qué función hará el operario? ¿Qué función hará la máquina? ¿Qué tipo de control se llevará a cabo? ¿Qué parte del proceso será automático? ¿De qué material deberá ser construida para que pueda ser manipulada y transportada con facilidad? ¿Qué tipo de energía utilizar para que su consumo sea mínimo?
Figura 3. Diagrama funcional de una desgranadora de maíz
Transmitir fuerza
Preparar el mecanismo de separacion Cubrir las partes móviles
Proceso de desgranado
Asegurar comodidad al operario Asegurar comodidad al operario
Realizar el movimiento relativo entre los granos y los mecanismos que los separan
Separar los granos de la tuza
Guiar el mecanismo de separación Expulsar los granos
Expulsar la tuza
Alimentar los mecanísmos con energía (en caso que no se haga de manera manual)
Guiar la dirección adecuada Ubicar el maíz
Generar movimiento
Detener movimiento
Resistir sobrecargas Soportar el perso del maíz
Desgranar el maíz
Soportar elementos propios Aoportar elementos auxiliares
Soportar cargas
Soportar cargas del operario
Soportar cargas de la herramienta Proteger de lesiones
Guiar granos Descargar los granos Expulsar granos Descargar partes que han sido separadas Guiar tuzas Descargar tuzas Expulsar tuzas
Figura 4. Diagrama funcional del proceso de la desgranadora de maíz
3.8.2. Actividades en el Proceso de búsqueda externa 3.8.2.1.
Acercamiento a los clientes
Una de las principales actividades de búsqueda externa desarrolladas para captar información fue el acercamiento a los clientes, en este caso, los agricultores de las zonas donde se produce y cultiva maíz. De este acercamiento obtuvimos los siguientes resultados: Los clientes buscan una máquina desgranadora de maíz que cumpla con los requisitos presentados a continuación:
Fácil manejo Precio accesible (no mayor a los USD 100.00) Fácil manipulación Repuestos accesibles Fácil mantenimiento Que el grano de maíz no sufra rupturas Que el producto salga libre de impurezas Que sea rápida
3.8.3. Benchmarking Haciendo el benchmarking de producto nos dimos cuenta de que las maquinas ya existentes utilizan un principio de funcionamiento basado en el sometimiento de la mazorca a fuerzas tangenciales al azar en su superficie lo que provoca un parámetro de desprendimiento no controlado y discontinuo. Otros dispositivos tienen la característica de cortar transversalmente sobre la superficie del elote lo que nos pareció indicado, aquí podemos tener un corte controlado en dirección y fuerza, el inconveniente: son manuales, y ahí fue donde pensamos fundamentar nuestro trabajo, generando principios de solución mediante variantes por inversión logramos llegar a esta alternativa. Entre las principales marcas que se comercializan en el país se encuentran:
Desgranadora de maíz MADE:
Precio en el mercado: USD 1785.00
Figura 5. Características Generales maquina desgranadora de maíz MADE
Desgranadora de maíz DM – 10 Precio de mercado: USD 890.00
Figura 6. Desgranadora de maíz DM-10
DESCRIPCIÓN Desgranado maíz con hoja (kg/h) Desgranado maíz con hoja (sacos) Criba (diámetro de los agujeros en milímetros) Revoluciones del rotor Diámetro polea del rotor Motor principal Eléctrico Motor principal Gasolina o diésel Polea motor a 3600 R.P.M.
DM – 10 300 – 600 kg/h * 5 – 10 sacos de 60 kg/h* 16 1200 – 1500 R.P.M.
Tabla 10. Características Generales DM-10
3.8.4. Actividades del proceso de búsqueda interna
7”
2 HP 3 HP 3”
Según la experiencia y conocimientos grupales se idearon las siguientes soluciones a los problemas detectados Problema Recolección inicial
Posible solución Idear una tolva para que el material baje por gravedad
Peso del prototipo
Construir con materiales reciclables y facil de obtención.
Actuadores
Eléctricos, motor AC
Tabla 11. Problemas detectados y soluciones
El excesivo peso de las desgranadoras comerciales y la extremada ineficiencia de los dispositivos manuales, nos llevan a pensar en distintas formas de solucionar esta situación, además de ser caras y tender al sector agroindustrial, no existe un dispositivo que satisfaga las necesidades del pequeño empresario del maíz. Por lo que proponemos los siguientes conceptos desarrollado por nuestro grupo de trabajo:
PRIMER CONCEPTO
Para el primer concepto se tuvo en cuenta el factor costo, para abaratar costos se trató en lo posible usar elementos comunes, baratos o a su vez que sean reciclados, es así que para la parte física del procesamiento, donde se desgranaran los maíces, se puso en el diseño un tanque de gasolina o aceite reciclado el cual será modificado para la base y la parte de la entrada de material Para generación de movimiento se puso en el diseño un motor monofásico de ½ HP o ¼ HP a 1000 o 1500 rpm, de esta manera la desgranadora se podrá conectar fácilmente a la red pública sin necesidad de lidiar con las conexiones delta o estrella para motores bifásicos o trifásicos. Para la base principal en el diseños se contempla el uso de perfiles cuadrados de 25 X 25 mm que son muy comunes y planchas de acero de 3mm de espesor para que con estos dos elementos por medio de soldadura se pueda realizar la base.
Figura 6. Elementos que se usaran en el primer concepto
Generación, transmisión de fuerza y movimiento Para la generación de movimiento y fuerza comienza con un motor monofásico de 1/2hp o 1/4hp a 1000 o 1500 rpm, en el eje del motor se encuentra un acople para la banda de tipo rotacional, la banda de goma transmite el movimiento rotacional desde el motor a un volante, el volante a su vez transmite el movimiento a un eje el cual está apoyado en sus extremos por dos chumaceras, las cuales evitan vibraciones y ayudan al movimiento fluido del eje.
Figura 7. Generación y t ransmisión de movimiento primer concepto
Alimentación y carga del maíz Para este fin se utilizará una tolva la cual está diseñada lo suficientemente ancha y larga de forma tal que al introducir los maíces no se estanquen, y caigan directamente al área de separación de los granos de la tuza. La tolva en su parte inicial está diseñada de forma piramidal o extruida hacia afuera para que pueda ser apoyo de un canasto, un quintal o algún envase que contenga el maíz, facilitando transvasar los maíces hacia la máquina.
Figura 8. Alimentación de materia prima primer concepto
Proceso de separación de maíz en granos y la tuza Una vez que el maíz fue vertido en la tolva llega al área del proceso de separación. La separación se la realiza con golpes proporcionados por cadenas pequeñas o por medio de caucho el cual golpea al maíz, haciendo que el grano se separe de la tuza. Tanto las cadenas o el caucho están unidas al eje que recibe el movimiento rotacional del motor entre 1000 a 1500 rpm de manera que la velocidad y fuerza del golpe es lo suficientemente alta para desgranar a gran velocidad. En la base inferior del área de separación están realizados unos huecos de 2cm de ancho lo sufriente ancho para que caigan los granos de maíz hacia el área de recolección, y suficientemente angosto para que no caigan las tuzas.
Figura 9. Separación de los granos de maíz de la tuza primer concepto
Recolección y salida de maíz y de la tuza Una vez que se ha separado los granos del maíz de la tuza, en el fondo de la base principal se encuentra un recolector, está diseñado de manera inclinada para que el maíz caiga de manera constante y con facilidad sin obstáculos enviando los granos del maíz hacia el siguiente proceso. La salida de la tuza se la realiza por un agujero realizado en la tapa y soldado a este unas varillas de 4 a 6 mm de diámetro de manera inclinada para que caída hacia un recolector de tuzas o directamente a un bote de basura.
Figura 10. Salida de los granos de maíz y de la t uza primer concepto
SEGUNDO CONCEPTO
Para el segundo concepto se toma más en cuenta el factor de transportación, es decir que sea muy fácil la movilidad de la desgranadora de un lugar a otro, por esta razón se acopla ruedas para su transporte. Para la parte del procesamiento se construye a partir de las láminas de acero de 2 o 3mm de espesor la estructura en general que por medio de soldadura, latonería y perfilaría se le ira dando la forma deseada. Para generación de movimiento se puso un motor monofásico de ½ HP o ¼ HP a 1000 o 1500 rpm, de esta manera la desgranadora se podrá conectar fácilmente a la red pública sin necesidad de lidiar con las conexiones delta o estrella para motores bifásicos o trifásicos. Para la base principal en el diseños se contempla el uso de perfiles cuadrados de 25 X 25 mm que son muy comunes y planchas de acero de 3mm de espesor para que con estos dos elementos por medio de soldadura se pueda realizar la base principal y su singular bajante con pendiente de 15 grados.
Figura 11. Elementos que se usaran en el segundo concepto
Generación, transmisión de fuerza y movimiento Para la generación de movimiento y fuerza comienza con un motor monofásico de 1/2hp o 1/4hp a 1000 o 1500 rpm, en el eje del motor se encuentra un acople para la banda de tipo rotacional, la banda de goma por fricción transmite el movimiento rotacional desde el motor a un volante, el volante a su vez transmite el movimiento a un eje el cual está apoyado en sus extremos por dos chumaceras, las cuales evitan vibraciones y ayudan al movimiento fluido del eje.
Figura 12. Generación y transmisión de movimiento segundo concepto
Alimentación y carga del maíz Para este fin se utilizará una tolva la cual está diseñada de manera tal que al introducir los maíces no se estanquen, la caída hacia el área de separación de los granos de la tuza es vertical y descentrada del eje para un movimiento fluido del maíz. La tolva en la parte superior está diseñada de forma piramidal o extruida hacia afuera para que pueda ser apoyo de un canasto, un quintal o algún envase que contenga el maíz, facilitando transvasar los maíces hacia la máquina.
Figura 13. Alimentación de materia prima segundo concepto
Proceso de separación de maíz en granos y la tuza Una vez que el maíz fue vertido en la tolva llega al área del proceso de separación. La separación se la realiza con golpes proporcionados por cadenas pequeñas o por medio de caucho el cual golpea al maíz, haciendo que el grano se separe de la tuza. Tanto las cadenas o el caucho están unidas al eje que recibe el movimiento rotacional del motor entre 1000 a 1500 rpm de manera que la velocidad y fuerza del golpe es lo suficientemente alta para desgranar a gran velocidad. En la base inferior del área de separación están realizados unos huecos redondos de 2cm de ancho los cuales pueden ser realizado por un taladro de bancada antes de darle su forma redondeada, o posteriormente con un taladro común una vez que ya este dado la forma, es lo sufriente ancho para que caigan los granos de maíz hacia el área de recolección
Figura 14. Separación de los granos de maíz de la tuza segundo concepto
Recolección y salida de maíz y de tuza Una vez que se ha separado los granos del maíz de la tuza, en el fondo de la base principal se encuentra una rampa con una inclinación de 15 grados, esta rampa cumple dos funciones, la primera de recolección de los granos de maíz y por su inclinación ayuda a una salida continua y sin obstáculos para que los granos de maíz salgan libremente hacia el siguiente proceso La salida de la tuza se la realiza por un agujero realizado tanto en la tapa superior como inferior de tal manera que deja un agujero en el centro de unión, la tuza por medio de las cadenas o el caucho va a ser impulsada hacia esta salida a gran velocidad, es por esta razón que para seguridad del operario se puso una tala para evitar que golpee o salga disparada la tuza, de esta manera guiar la tuza hacia el suelo de manera continua para que caída hacia un recolector de tuzas o directamente a un bote de basura.
Figura 15. Salida de los granos de maíz y de la t uza segundo concepto
TERCER CONCEPTO
Para el tercer concepto se utiliza materiales tanto reciclables como componentes manufacturados a partir de planchas de acero, en este concepto la gravedad hace que tanto la tuza como los granos de maíz una vez separados salgan separaos del proceso. Para la parte del procesamiento se construye a partir de las láminas de acero de 2 o 3mm de espesor la estructura en general que por medio de soldadura, latonería y perfilaría se le ira dando la forma deseada. Para la recolección se usa un barril de aceite al cual se le acoplara la salida de los granos de maíz y el ingreso del maíz adaptando una tolva en el barril. Para generación de movimiento se puso un motor monofásico de ½ HP o ¼ HP a 1000 o 1500 rpm, de esta manera la desgranadora se podrá conectar fácilmente a la red pública sin necesidad de lidiar con las conexiones delta o estrella para motores bifásicos o trifásicos.
Para la base principal en el diseños se contempla el uso de perfiles cuadrados de 25 X 25 mm que son muy comunes y planchas de acero de 3mm de espesor para que con estos dos elementos por medio de soldadura se pueda realizar la base principal en su parte superior posee una pendiente de 10 grados.
Figura 16. Elementos que se usaran en el tercer concepto
Generación, transmisión de fuerza y movimiento Para la genracion de movimiento y fuerza comienza con un motor monofasico de 1/2hp o 1/4hp a 1000 o 1500 rpm, en el eje del motor se encuentra un acople para la banda de tipo rotacional, la banda de goma por friccion transmite el moviento rotacional desde el motor a un volante, el volante a su ves transmite el movimiento a un eje el cual esta apoyado en sus extremos por dos chumaceras, las cuales evitan vibraciones y ayudan al movimiento fluido del eje.
Figura 17: generación y transmisión de movimiento t ercer concepto
Alimentación y carga del maíz Para este fin se utilizará una tolva la cual está diseñada de manera tal que al introducir los maíces no se estanquen, la caída hacia el área de separación de los granos de la tuza es vertical y descentrada del eje para un movimiento fluido del maíz. En el tanque de separación se realizó un hueco que posterior mente mediante soldadura sea integrado a la tova y su conducto de tal forma que los maíces pasen desde la tolva hacia el tanque interior. La tolva en la parte superior está diseñada de forma piramidal o extruida hacia afuera para que pueda ser apoyo de un canasto, un quintal o algún envase que contenga el maíz, facilitando transvasar los maíces hacia la máquina.
Figura 18. Alimentación de materia prima tercer concepto
Proceso de separación de maíz en granos y la tuza Una vez que el maíz fue vertido en la tolva llega al área del proceso de separación ubicada en el tanque interior. La separación se la realiza con golpes proporcionados por cadenas pequeñas o por medio de caucho el cual golpea al maíz, haciendo que el grano se separe de la tuza. Tanto las cadenas o el caucho están unidas al eje que recibe el movimiento rotacional del motor entre 1000 a 1500 rpm de manera que la velocidad y fuerza del golpe es lo suficientemente alta para desgranar a gran velocidad. En la superficie del tanque interior a lo largo de su contorno están realizados unos huecos redondos de 2cm realizados con un taladro común, esto permite que aunque los granos de maíz salten en diversas direcciones estos sean encaminados al tanque exterior para su recolección
Figura 19. Separación de los granos de maíz de la tuza tercer concepto
Recolección y salida de maíz y de tuza Una vez que se ha separado los granos del maíz de la tuza, en el fondo del tanque exterior se encuentra una rampa con una inclinación de 38 grados, esta rampa ayuda a la salida continua y sin obstáculos de los granos de maíz La salida de la tuza se la realiza por un agujero realizado tanto en la tapa del tanque interno como externo la tuza es impulsada por efecto de la gravedad y va a tratar de salir de dentro del tanque interior de separación, incluso podría ser guiado por el golpe de los efectores finales, de esta manera la tuza va hacia el suelo de manera continua para que caída hacia un recolector de tuzas o directamente a un bote de basura.
Figura 20. Salida de los granos de maíz y de la t uza tercer concepto
3.8.5. Actividades de exploración sistemática Como consecuencia de las actividades de búsqueda externa e interna, nuestro equipo de trabajo recolectado tres fragmentos de conceptos, es decir, soluciones a los subproblemas. 3.9.
Árbol de clasificación de conceptos
Nuestro equipo de trabajo se en foco en los siguientes aspectos: ENERGIA
CONTROLADOR
OBTENCION DE SEÑAL
ACTUADOR
3.9.1 Tabla de combinación de conceptos
Figura 21. Descomposición del Problema
Tabla 12. Tabla de Combinación de Concepto
Tabla 13. Solución de la combinación de una desgranadora por aspas de caucho, un arduino, sensores de presencia y motor AC
Como se puede observar el concepto fue tomado en base al análisis que nos presenta el capítulo siete del libro de Ulrich y Eppinger , se hizo la división de subsistemas para un mayor entendimiento del problema, luego se procedió a realizar el respectivo análisis del pro y los contra para conseguir las mejores soluciones.
3.9.2. Análisis de resultados en el proceso
Es difícil hallar información detallada de productos existentes en el mercado porque hay competencia empresarial. En tales casos será mejor inspeccionar a fondo directamente aquellos productos. En los artículos como tesis se puede basarse mucha información pero no está enfocado a un mercado. Es por ello que se decide más por la experiencia personal del grupo y solucionar los problemas y como se ha expuesto en búsqueda interna es donde se tendrá mayor enfoque el proyecto 3.10. Selección del concepto
Para la selección de conceptos se analizara las características de los conceptos más prometedores que reviso en sección de Generación de Conceptos tomando en cuenta que se trata de un proceso industrial que estará sometido a diferentes cambios climáticos, deberá tener una capacidad de carga especifica que permita cumplir con el proceso del desgranado de maíz. Su estructura debe ser robusta, y contar con una altura y capacidad de elevación se pueden modificar para requisitos particulares para la orden. Los conceptos que sobresalen en esta selección tomando las necesidades que el cliente ha mencionado son: Posibles Soluciones: Desgranadora de Maíz Primer Concepto: Solución A Segundo Concepto: Solución B Tercer Concepto: Solución C Capacidad de Carga> F acil Instalacion> Mantenimiento>Condiciones Ambientales>espacio requerido Criterio Capacidad de Carga Condiciones Ambientales Mantenimiento Espacio Requerido Facil Instalacion
Capacidad de Carga
Condiciones Ambientales
Mantenimiento
1
1
0,5
0,5
0,5
1 0,5
0,5
0,5
0,5
1
1
Espacio Requerido
Facil Instalacion
1
1
1
0,5
1
0,5 0,5
Suma
Ponderación
5
0,25
3,5
0,175
4
0,2
3 4,5
1
Tabla 13. Matriz de selección de conceptos
∑+1
20
0,15 0,225
1
A continuación se procede a generar la evaluación de cada una de los conceptos, se detallan las ponderaciones y evaluaciones de acuerdo a los criterios de la selección.
Solución A=Solución B >Solución C Capacidad de Carga Solución A Solución B Solución C
Solución A
Solución B
Solución C
∑+1
Ponderación
1
1
3
0,375
1
3
0,375
2
0,25
8
1
1 0,5
0,5 Suma
Tabla 14. Criterio de Capacidad de carga en el análisis de las posibles soluciones.
Solución B>Solución A>Solución C Condiciones Ambientales
Solución A
Solución A Solución B
1
Solución C
0,5
Solución B
Solución C
∑+1
0,5
1
2,5
1
3
0,429
1,5
0,214
7
1
0 Suma
Ponderación
0,357
Tabla 15. Criterio de Condiciones ambientales en el análisis de las posibles soluciones.
Solución B>Solución C>Solución A Mantenimiento
Solución A
Solución A
Solución B
0
Solución B
1
Solución C
1
Solución C
∑+1
Ponderación
0,5
1,5
0,214
1
3
0,429
2,5
0,357
7
1
0,5 Suma
Tabla 16. Criterio de Condiciones ambientales en el análisis de las posibles soluciones.
Solución B>Solución C=Solución A Espacio Requerido Solución A Solución B Solución C
Solución A
Solución B
Solución C
∑+1
Ponderación
0
0,5
1,5
0,231
1
3
0,462
2
0,308
6,5
1
1 1
0 Suma
Tabla 17. Criterio de Espacio Requerido en el análisis de las posibles soluciones.
Solución B>Solución A>Solución C Fácil Instalación Solución A Solución B Solución C
Solución A
Solución B
Solución C
∑+1
0,5
1
2,5
1
3
0,429
1,5
0,214
7
1
1 0,5
0 Suma
Ponderación 0,357
Tabla 18. Criterio de Fácil instalación en el análisis de las posibles soluciones.
Una vez generado las evaluaciones del módulo se tiene en la tabla # las conclusiones y la ponderación de la solución que es más viable ser usada.
Solución B>Solución A>Solución C Condiciones Espacio Mantenimiento Ambientales Requerido
Conclusión
Capacidad de Carga
Solución A
0,094
0,06
0,04
Solución B
0,094
0,08
0,09
Solución C
0,063
0,04
0,07
Facil Instalacion
∑
Ponderación
0,03
0,08
0,31
2
0,07
0,10
0,42
1
0,05
0,05
0,27
3
Suma
1,00
Tabla 19. Conclusión de la solución a ser utilizada
La solución que se tomara como guía es el Tercer Concepto: Solución B, la diferencia con la que sobresale con respecto a los dos conceptos A y C es la más óptima de acuerdo a las especificaciones requeridas previamente mostradas. 4.- CONCLUSIONES
Es importante realizar una buena selección del concepto ya que obteniendo en claro el concepto asegura el desarrollo óptimo del sistema. En el análisis y generación del concepto, a partir de la matriz de conceptos es de vital importancia para el correcto funcionamiento y desarrollo del trabajo. Trabajar con variables continuas y contables, facilita la adecuación de procesos, así como el diseño de partes estructurales del proyecto. Tanto el filtrado como la evaluación de conceptos utilizan una matriz como base de un proceso de selección. Adicional a esto la etapa de evaluación de conceptos utiliza criterios ponderados de selección a una escala de evaluación más fina, la cual es definida por los evaluadores. Se seleccionó el Concepto B, debido a que este prototipo de concepto es portátil, tiene una mayor producción de desgranado.
5.- RECOMENDACIONES
Leer y entender los capítulos 1 al 8 del libro guía hace más viable el desarrollo del sistema. Analizar la matriz de selección de concepto minora el riesgo de fracasos. Se debe tener en cuenta que la selección del concepto es un proceso de equipo que facilita la selección de un concepto ganador, por lo que ayuda a construir un consenso del equipo y crea un registro del proceso de toma de decisiones.
6.- BIBLIOGRAFÍA
Civantos, D. (16 de Noviembre de 2009). CookingIdeas. Obtenido de http://www.cookingideas.es/el-desplumador-mecanico-de-aves-un-artefacto-diabolico20091116.html Maquinarias Agricolas del Ecuador. (2009). Maquinarias Agricolas del Ecuador. Obtenido de http://www.madeagricola.com/desgranadoras.html Penagos. (2015). Penagos. Obtenido de http://www.penagos.com/producto/desgranadora-demaiz-dm-10/
7.- ANEXOS a) Maizales en la COMUNIDAD “SEGUNDO A” LOS BAJOS - MANABI
b) Mazorcas de maíz, listas para ser desgranadas
c) Compañero de trabajo en los maizales de la COMUNIDAD “SEGUNDO A” LOS BAJOS -
MANABI
