UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA – TEPEJI Organismo Descentralizado de la Administración Pública del Estado de Hidalgo
Máquina de Tortillas Estilo Casero Proyecto profesional para obtener el título de:
Técnico Superior Universitario en Mecatrónica Área Automatización Presenta: Manuel Alejandro MartínezGonzález
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Álvaro MartínezGonzález Ing. Diego B. Tapia Díaz Asesor industrialAsesor académico Agosto, 2016.
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ASUNTO: Carta de autorización de impresión de proyecto. FECHA: 15/08/2016.
Universidad Tecnológica de Tula - Tepeji
Por medio del presente me permito informarle que el Sr. Manuel Alejamdro Martinez Gonzalez, con número de matrícula 14300363, estudiante de la carrera de TSU EN MECATRÓNICA, realizó su estadía en el departamento de Mantenimiento , en “Agua las Manzanitas”, desarrollando el proyecto:
“Máquina de Tortillas Estilo Casero”
Por lo que se avala que ha concluido con la redacción correspondiente, debidamente revisada y se autorizando la impresión del mismo para que proceda al empastado y entrega de documentos en la Dirección del Programa Educativo de Mecatrónica.
Sin otro particular, le envió un cordial saludo.
Atentamente
_________________________ Álvaro Martinez Gonzalez Asesor industrial
________________________ Ing. Diego B. Tapia Díaz Asesor académico
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Dedicatoria
Quiero agradecer a mi madre y mi abuela, gracias su apoyo he logrado crecer como persona, sin ellas sería nada, en todos estos años nunca me han dejado caer en mis altibajos gracias de todo corazón.
También a mis tías y tíos que de una forma u otra siempre me han orientado y me han brindado su apoyo incondicional, a mis primos que son como mis hermanos y siempre están conmigo.
Por último, a mis maestros de la carrera que buenos o malos de todos he aprendido y a la empresa que me apoyó para poder realizar éste proyecto muchas gracias.
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Resumen
En este proyecto denominado “Máquina de tortillas caseras”, se contempla un proceso que busca
mejorar el rendimiento que puede tener una tortilladora, es decir, una
remodelación del sistema de producción mecánico con la finalidad de reducir costos de operación para que se tenga un mejor rendimiento y además cubrirel consumo de tortillas tipo caseras que actualmente está en pleno crecimiento debido a un cambio en
el
mercado de este tipo de productos de maíz. En este documento se encuentra plasmado el diseño y construcción de un prototipo que pretendeser una máquina capaz de establecer un punto medio entre calidad y cantidad de producción, además que sea un modelo más ergonómico que los modelos existentes, para que se pueda implementar el uso de esta máquina en lugares más pequeños. Los materiales para la construcción de la máquina son de usocomún de modo que el producto final sea una máquina, con el costo más bajo posible y que además pueda ser reparada fácilmente, en caso de ser necesario.
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Summary
The “Home made tortilla machine” it’s a machine that seeks to improve the performance of a regular tortilla machine, it’s a total reworking of the mechanical production system, with this new machine we can reduce the operational cost in order to obtain a better performance and, cover the production of homemade tortilla, that’s currently booming because of the actual market trends. This document is embodied with the design and construction of a prototype that intends to be machine capable to establish a midpoint between quality and quantity, also make it a more ergonomic model than the actual models, this in order to implement the use of this machine in smaller places. The machine construction materials are pretty common this is order to make an affordable and efficient machine with a low maintenance cost. (Van seis veces que quito un “punto” que aparece en este renglón. Señal de que no has trabajado sobre el primer archivo que te envié. Al final, es tu decisión)
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Índice Introducción ....................................................................................................................... 3 Planteamiento del problema .............................................................................................. 4 Justificación ....................................................................................................................... 4 Objetivo general................................................................................................................. 5 CapítuloI ........................................................................................................................... 6 1.- Marco teórico ............................................................................................................ 7 1.0.0.- Orígenes del maíz ............................................................................................... 8 1.0.1.-Nixtamalización .................................................................................................... 9 1.0.2.-Proceso de nixtamalización ................................................................................ 10 1.0.3.-Tortilla de maíz................................................................................................... 11 1.0.4.-Historia de la máquinatortilladora ....................................................................... 13 1.0.5.-Cronología ............................................................................................................. 13 1.0.6.-Comal .................................................................................................................... 15 1.0.-Motor eléctrico .......................................................................................................... 16 1.0.8.-Llave de paso ........................................................................................................ 17 1.0.9.-Reductores de velocidad ....................................................................................... 17 1.1.0.
Reductores de velocidad de sin fin-corona ..................................................... 18
1.1.1.
Reductores de velocidad de engranajes ........................................................ 18
1.1.2.-Quemador.............................................................................................................. 18 1.1.3.-Principio de funcionamiento con combustible líquido .......................................... 19 1.1.4.-Principio de funcionamiento con combustible gaseoso ....................................... 20 1.1.5.-Acero ..................................................................................................................... 20 1.1.6.-Plásticopolitetrafluoroetileno (PTFE) ...................................................................... 21 1.1.7.-Propiedades térmicas......................................................................................... 21 1.1.8.-Comportamiento en presencia de agentes externos........................................... 22 1.1.9.-Propiedades mecánicas ..................................................................................... 23 1.2.1.-Chumacera ............................................................................................................ 24 Capítulo II ....................................................................................................................... 25 2.-Supuestos técnicos...................................................................................................... 26
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Capítulo III ...................................................................................................................... 28 3.- Propuesta de solución al problema planteado ............................................................ 29 3.0.0.-Análisis del entorno de operación de la máquina ................................................... 29 3.0.1.-Desarrollo del proyecto .......................................................................................... 31 3.0.2.-Diseño e implementación de la estructura .......................................................... 32 3.0.3.-Desarrollo del carrusel central y los comales...................................................... 37 3.0.4.-Desarrollo del sistema de transmisión y potencia ............................................... 41 3.0.5.-Desarrollo de los quemadores ............................................................................ 46 3.0.6.-Diseño de la base .............................................................................................. 49 3.0.7.-Desarrollo de los desviadores y rampa de bajada .............................................. 50 3.0.8.-Desarrollo de las tapas ....................................................................................... 55 Capítulo IV ...................................................................................................................... 57 4.- Evaluación y análisis de resultados ............................................................................ 58 Capítulo V ....................................................................................................................... 62 5.- Conclusiones y recomendaciones .............................................................................. 63 Anexos ............................................................................................................................ 65 Glosario ........................................................................................................................... 65 Bibliografía y fuentes de información ............................................................................... 66
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Introducción
El presente documento está conformado por los siguientes capítulos: Capítulo 1. Marco Teórico. La base teórica fundamental para el desarrollo e integración del proyecto, se incluye en este capítulo. Se integra información relacionada con la historia de la tortilla, el maíz y algunos materiales y piezas esenciales para lograr el objetivo final.
Capítulo 2. Supuestos Técnicos. Para determinar las estrategias más adecuadas en la búsqueda de aportar una solución a la problemática planteada, en este capítulo se plantea la hipótesis que contribuya encontrar la mejor manera de construir la máquina de acuerdo a los problemasidentificados en el sitio de trabajo.
Capítulo 3. Propuesta de solución al problema planteado. En este capítulo se describe el proceso de diseño y desarrollo de la estructura de la máquina y las piezas que la integran, así como la implementación paso a paso de cada uno de los componentes.
Capítulo 4. Evaluación y Análisis de Resultados. Con base en las observaciones hechas, se
enlistan los problemas presentados en el desarrollo del proyecto y
se analizan
brevemente los resultados en comparación con los datos conocidos.
Capítulo 5. Conclusiones y Recomendaciones. Una vez terminada la fase de prueba y comparación de datos, se exponen algunas mejoras y cambios que pueden ser añadidos al modelo de la máquina.
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Planteamiento del problema Las tortillas se consumen todos los días. Las fábricas de tortillas (tortillerías) son muy comunes, y en México, se pueden encontrar en cualquier ciudad, pueblo, colonia o en una misma calle. Las tortillerías trabajan desde muy temprano en la mañana cuando se prepara la harina hasta poco después de la hora de la comida (en México se come entre las 13:30 y las 15:30). En la actualidad el mercado de las tortillas se ha visto afectado por el precio de los hidrocarburos y el salto del cliente que prefiere las tortillas estilo casero. Estas son caras por la forma de preparación una a una y por todas las manos que se involucran en el proceso. Se busca con esta máquina contribuir con la reducción de recursos necesarios y el arduo trabajo que las tortillas a mano requieren por medio de una máquina semiautomática que ejecuta la operación de cocedor o comal para las tortillas de este tipo de acabado. Para el producto se han analizado los diferentes aspectos como son el tamaño, la cocción y terminado y se llegó a la conclusión de generar un cambio total con respecto a los tipos de comal presentes en el mercado, considerando la reducción de sus dimensiones para una operación eficiente y accesible.
Justificación En una tortillería de comal trabajan comúnmente de 3 a 4 personas, en jornadas de 12 horas o más, repartiéndose entre las distintas labores de fabricación como son la nixtamalizacion, la molienda, el aplastado y la cocción. El comal semiautomático puede ayudar con el cocimiento de la tortilla, dejando un poco más libre a los trabajadores para que pueda ayudar en otras labores o bien tenga un puesto de trabajo menos agotador. De la misma forma se optimiza el proceso de cocción, por lo cual se requiere menos tiempo y menos gas, contribuyendo a que los gastos de producción disminuyan.
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Una vez instalado el sistema propuesto y cubierto el gasto de la inversión, las ganancias serán importantes para los dueños, detonando un menor costo para el cliente, además de contribuir a asegurar condiciones de trabajo óptimas en las instalaciones Este nuevo cocedor pretende reducir el consumo de gas, materia prima de muy alto costo, aprovechando al máximo cada litro gracias los nuevos diseños de los quemadores y los lugares donde se colocarán. De no cambiarse la forma actual de operación, seguirán generándose gastos muy altos y con los aumentos periódicos de los hidrocarburos, las ganancias seguirán bajando y los puestos de operacióncontinuarán siendo lugares con condiciones poco óptimas.
Objetivo general
Atender el mercado de elaboración de tortillas tipo casera, a través de la migración de un sistema de producción mecánico hacia uno semiautomatizado, que permita reducir costos de operación y optimizar el proceso.
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CapítuloI
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1.- Marco teórico En la actualidad y desde tiempos lejanos, el hombre ha cultivado diversas especies de plantas para obtener semilla o bien algún tipo de producto apto para satisfacer la necesidad básica de la vida como es la alimentación, si bien ha formado grupos de personas o comunidades para hacerle frente de manera más efectiva a los problemas cotidianos que presente el sustento de la vida, creando de esta forma para su conveniencia, diversos procesos y medios como son las herramientas y máquinas o bien conceptos como la agricultura que ayudan a sostener la creciente demanda de comida de las sociedades que crece de forma exponencial. Es por esto que ha logrado la domesticación de las plantas que evolucionan junto con él y han dado paso a diferentes alimentos a partir de la materia prima que abunda en la zona o bien se importa de otros lugares y después se hace propia de la región.
En México, uno de los productos más consumidos desde hace ya muchas épocas es el maíz. Este dio paso a la tortilla de maíz, producto consumido en la mayoría de los hogares mexicanos, pilar de la alimentación. En la zona del Valle del Mezquital las tortillerías con máquinas semiautomáticas son muy comunes pero el mercado se ha perdido poco a poco ya que la sociedad prefiere ahora las tortillas de estilo casero, dejando a varios negocios y a sus trabajadores y familia en una difícil situación. Se busca con este proyecto contribuir a la modernización del mercado de las tortillerías, para satisfacer la necesidad de cambio del producto y poder seguir brindando deliciosos productos para el mercado Mexicano, que tiene una gran gastronomía.
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Fig1.1 Mazorca de maíz amarillo (Si a este título le pusiste letra cursiva, espero lo hayas hecho en TODOS)
1.0.0.- Orígenes del maíz El lugar
de origen del maíz, se ubica en el Municipio de Coxcatlán, en el Valle de
Tehuacán, Estado de Puebla, en el centro de México. Este valle se caracteriza por la sequedad de su clima, con un promedio anual de lluvia muy reducido, alberga principalmente especies vegetales y animales propias de tierra caliente y seca. La región cuenta con numerosos endemismos, lo que la convierte un territorio único. El antropólogo estadounidense Richard Stockton MacNeish, encontró restos arqueológicos de plantas de maíz, que se estima datan de hace, aproximadamente, ocho milenios. Indicios de los procesos que llevaron al pueblo nativo de este valle a dominar el cultivo de este cereal, han sido encontrados en la cueva de Coxcatlán, Ajalpan y otros sitios de la zona. Hay varias teorías que intentan explicar el origen del maíz.
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La mayoría de los investigadores creen que este cereal se desarrolló a partir del Teosintle, Euchlaena mexicana Schrod, planta anual que posiblemente sea lomás cercano al maíz. La tesis de la proximidad entre el Teosintle y el maíz se basa en que ambos tienen 10 cromosomas y son homólogos o parcialmente homólogos. En los años 80, Iltis propone una teoría en la cual establece que el Teocintle se convirtió en maíz en un solo paso. Algunos investigadores suponen que se originó de una antigua forma salvaje de maíz nativo, ahora extinta, en las alturas de México o Guatemala. Se sugirió que los ancestros del maíz cultivado eran alguna forma de maíz silvestre. El maíz primitivo, el Teosinte y Tripsacum divergían entre ellos muchos miles de años antes de que el maíz silvestre evolucionara como para llegar a ser una planta cultivada. Como nunca se ha encontrado el maíz silvestre o formas silvestres de plantas de maíz, esta teoría no recibe gran consideración.
1.0.1.-Nixtamalización La nixtamalización es el proceso mediante el que se realiza la cocción del maíz con agua y cal, para obtener principalmente el nixtamal que, después de molido, da origen a la masa que a su vez servirá para la elaboración de tortillas, tamales, etc. Existen muchas evidencias de que este proceso se originó en Mesoamérica específicamente en el altiplano mexicano. El maíz se utiliza principalmente para elaborar harina, con la que se preparan numerosos platos, como tortillas, tamales y arepas. El maíz puede utilizarse fresco o puede secarse para su uso posterior. El maíz es el elemento básico en la preparación de pozole, de menudo en diversas regiones de México, sobre todo el elaborado con la variedad de maíz cacahuazintle; además se utiliza en la preparación de muchos otros alimentos.
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1.0.2.-Proceso de nixtamalización
El primer paso en la nixtamalización consiste en poner a cocer los granos de maíz en una solución alcalina a una temperatura cercana al punto de ebullición. Tras la cocción, el maíz se deja inmerso en el caldo por cierto tiempo. El tiempo de cocción y de remojo del maíz varía según el tipo de maíz, las tradiciones locales y el tipo de alimentos a preparar. Se puede cocer desde unos minutos hasta una hora, y dejar remojando desde unos minutos hasta alrededor de un día.
Durante la cocción y el remojo, tienen lugar una serie de cambios químicos en los granos de maíz, debido a que los componentes de la membrana celular de los granos, entre los cuales se incluyen hemicelulosa y pectina, son altamente solubles en soluciones alcalinas, los granos se suavizan y sus pericarpios (cáscaras) se aflojan. El grano se hidrata y absorbe calcio y potasio (según los elementos químicos) a lo largo de todo el proceso. Los almidones se disuelven y gelatinizan, y algunos se dispersan en el líquido. Se liberan ciertos productos químicos del germen que permiten que el grano cocido sea más fácil de triturar. La cocción produce cambios en la proteína principal del maíz, lo que hace que las proteínas y nutrientes del endosperma del núcleo sean más asimilables para el cuerpo humano.
Tras la cocción, el caldo alcalino (conocido como nejayote), que contiene disueltas las cáscaras, el almidón del maíz y otras sustancias, se decanta y se descarta. Para saber si el proceso fue exitoso se debe poder pelar el grano de maíz fácilmente entre los dedos al frotarlo. Los granos se lavan completamente para limpiarlos de los restos de nejayote, el cual tiene un sabor desagradable. El pericarpio se desecha y se conserva solo el germen del grano.
Después el grano se usa solo o se muele para obtener harina de maíz. Este proceso se ha modernizado y actualmente la molienda se lleva a cabo mayoritariamente con máquinas o molinos industriales, pero en las áreas rurales persiste el uso del metate, que es un molino de piedra manual.
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1.0.3.-Tortilla de maíz
En México, una tortilla (o tortilla de maíz, para distinguirla de la tortilla de trigo o tortilla de harina) es una preparación alimenticia hecha con masa de maíz nixtamalizado en forma circular y aplanada. Se consume sola o se usa para elaborar otras muchas preparaciones alimenticias. Su origen es mesoaméricano, y se ha llevado a diferentes países para cocinarlas de otras formas. En México se utiliza principalmente en los tacos.
Fig. 1.2 Canasta con tortillas de maíz.
Desde épocas inmemoriales, las tortillas de maíz que se consumen en México fueron hechas a mano. En México y Centro América se emplea el verbo tortear con la acepción de "hacer tortillas de maíz aplanando la bola de masa". No sólo la confección de las tortillas propiamente dichas sino también la nixtamalización del maíz y la molienda del nixtamal para producir la masa, se realizaba exclusivamente con trabajo humano y herramientas milenarias (metates con metlapiles para moler la masa, comales para cocer la tortilla).
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Hacia el final del siglo XIX comenzaron a fabricarse en México las primeras tortilladoras mecánicas, llamadas "de aplastón". Se trata de artefactos que cuentan con dos planchas unidas por una bisagra, y una palanca; pueden ser de madera o de metal. Sobre una de las planchas se coloca una bola de masa de maíz que será aplastado por la otra plancha mediante la presión ejercida sobre la palanca. De esta manera se obtiene el disco de maíz que luego de cocido se convertirá en tortilla. También en la segunda mitad del siglo XIX fue introducido el molino de mano para la preparación de la masa de maíz, como sustituto del metate de basalto. Tanto las tortilladora de aplastón como los molinos de mano siguen siendo empleados hasta la actualidad. A lo largo de la primera mitad del siglo XX aparecieron
nuevas, algunassemimanuales, como las ideadas que diseñó
Salvador Guzmán en 1935 y la fabricada por Félix Rábago en 1936. Ambas consisten en dos planchas de metal, pero sustituyen la palanca por un rasero que extiende la masa de nixtamal en el agujero circular que se encuentra en la plancha superior, de modo que al levantar ésta se obtiene el disco de masa. De modo alterno a estas tortilladora de doble plancha aparecen más tarde las máquinas de rodillos, principio fundamental de las tortilladoras industriales de la actualidad. La primera de ellas es la de Luis Romero, de 1910. Cinco años después, la Compañía La India fabricó su máquina de rodillos con cocimiento automático. La máquina de La India hizo innecesario el uso de un comal externo para el cocimiento de la tortilla. Desde la década de los cuarenta se emplean mayoritariamente las tortilladoras patentadas por Fausto Celorio (1947) y Óscar Verástegui (1957), que pueden producir entre 3000 y 10,000 tortillas por hora, dependiendo del modelo.
Fig. 1.3 Máquina Tortilladora.
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1.0.4.-Historia de la máquina tortilladora Donde hubo maíz existió cultura, y fue en el Anáhuac, asiento de la cultura aborigen más avanzada, donde apareció la tortilla, el más valioso alimento hecho de maíz. De ahí surge la constante preocupación de fabricar tortillas no solo económicamente, sino también en grandes cantidades. Desde la época de la colonia se diseñaron aparatos para ese objeto, y en el transcurso del siglo XIX muchos más, pero todos han fracasado.
1.0.5.-Cronología 1905. Es hasta este año que Ramón Benítez fabrica el primer aparato de uso práctico (Patente No. 4260).
1910. Luis Romero marca otro paso en la fabricación de tortillas con su máquina de rodillos, alambres despegadores y troquelado de la tortilla (Patente No. 10147).
1915. La compañía“La India” introduce el cocimiento automático, pero persiste el uso de rodillos, alambres despegadores y troquelado de la tortilla (Patente No. 15798).
1920. Aparece la primera máquina operada con gas de C. CELORIO y A.S. Olague, sin embargo continúa el uso de rodillos, alambres despegadores y troquelado (Patente No. 19628).
1921. Surge la ingeniosa máquina tubular de Luis Romero, accionada eléctricamente y calentada con petróleo, pero siguen usándose los rodillos, alambres despegadores y troqueles.
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1947. Aparece la primera máquina del Sr. Fausto Celorio, que reproduce mecánicamente el cocimiento tradicional de la tortilla; más se persiste en el uso de rodillos, alambres despegadores y troqueles.
1959. Tras años de esfuerzo y experimentación, se logra el eficiente modelo CELORIO (Patente No. 51923, 2956, 62780 y 66626; en EEUU 2,760,447 y 791,975). Una fábrica de tortillas completamente automática que amasa, hace la tortilla, la cuece y la enfría sin ocasionar problemas de pegado, recortes, alambres o telas ahuladas. Trabaja con cualquier tipo de masa, incluso la recocida o martajada y no requiere alimentación constante, pues admite carga para media hora de trabajo.
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1.0.6.-Comal
La palabra comal (nahuatlismo de comalli) se utiliza en México y Centroamérica para referirse a un recipiente de cocina tradicional usado como plancha para cocción. Comal tradicional El comal tradicional de los nativos de México y América Central es una pieza de alfarería con forma de plato llano de unos 30 centímetros, elaborado de barro cocido, que se coloca sobre tres o cuatro piedras (llamadas Tenamaxtles), que sirven para darle soporte y encender fuego y brasas debajo del comal.
El comal era y es utilizado para preparar varios tipos de platillos tradicionales, en particular, las tortillas de maíz, las tlayudas y los totopos.
Los comales de cerámica suelen recibir cuando es nuevo un tratamiento tradicional (llamado "curado" o "curación"), que consiste en frotar el comal todavía sin usar con una mezcla de agua y cal, para después dejarlo secar, tratamiento que se presume lo torna antiadherente. Comales contemporáneos En algunas partes llaman comal al recipiente que se dispone sobre la hornilla. Los comales se elaboran de otros materiales más resistentes que la tradicional arcilla, como acero o aluminio. Los comales de metal suelen ser de talla mayor que los de cerámica, y también suelen ser utilizados para propósitos distintos. Por ejemplo, es común ver que estos comales de metal posean una depresión circular en la parte central, que sirve para contener aceite o manteca líquidos, utilizados cuando se efectúa la fritura de varios productos alimenticios.
Los comales de metal, tengan depresión central o no, son un utensilio bastante utilizado por los vendedores de comida en las calles y en los restaurantes de todo México. Y, en su
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versión plana, están presentes en prácticamente todos los hogares del país, con la función principal de calentar tortillas.
1.0.7.-Motor eléctrico
El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor.
Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dínamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se diseñan adecuadamente.
Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, esmeriles angulares y otras herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (CC), y por fuentes de corriente alterna (AC).
La corriente directa o corriente continua proviene de las baterías, los paneles solares, dínamos, fuentes de alimentación instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores. La corriente alterna puede tomarse para su uso en motores eléctricos bien sea directamente de la red eléctrica, alternadores de las plantas eléctricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifásica o trifásica como los inversores de potencia.
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Los pequeños motores se pueden encontrar hasta en relojes electrónicos. Los motores de uso general con dimensiones y características más estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores eléctricos más grandes se usan para propulsión de trenes, compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 Megawatts. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de salida de movimiento, etcétera.
1.0.8.-Llave de paso
Una llave de paso o llave de corte, es un dispositivo, generalmente de metal, alguna aleación o más recientemente de polímeros o de materiales cerámicos, usado para dar paso o cortar el flujo de agua u otro fluido por una tubería o conducción en la que está inserto.
También se suele llamar válvulas a estas llaves, puesto que algunas de ellas, además de servir para cortar el paso, tenían la función de evitar que el agua circule en la dirección contraria a la deseada (reflujo), es decir, que además eran válvulas en la acepción primitiva del término.
1.0.9.-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 hispano – parlantes, también se le denomina caja reductora.
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Los reductores se pueden clasificar por la tipología de sus engranajes. Las clasificaciones más usuales son: Sin fin-Corona, engranajes y planetarios.
1.1.0. Reductores de velocidad de sin fin-corona Es quizás el tipo de reductor de velocidad más sencillo. Se compone de una corona dentada, normalmente de bronce, en cuyo centro se ha embutido un eje de acero (eje lento).Esta corona está en contacto permanente con un husillo de acero en forma de tornillo sin-fin. Una vuelta del tornillo sin fin provoca el avance de un diente de la corona y en consecuencia la reducción de velocidad. La reducción de velocidad de una corona sin fin se calcula con el producto del número de dientes de la corona por el número de entradas del tornillo sin fin.
Paradójicamente es el tipo de reductor de velocidad más usado y comercializado a la par que todas las tendencias de ingeniería lo consideran obsoleto por sus grandes defectos que son, el bajo rendimiento energético y la pérdida de tiempo entre ciclos.
1.1.1. Reductores de velocidad de engranajes Los reductores de engranajes son aquellos en que toda la transmisión mecánica se realiza por pares de engranajes de cualquier tipo excepto los basados en tornillo sin fin. Sus ventajas son el mayor rendimiento energético, menor mantenimiento y menor tamaño.
1.1.2.-Quemador
Un quemador es un dispositivo para quemar combustible líquido, gaseoso o ambos y produce calor generalmente mediante una llama.
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Habitualmente va asociado a una caldera o un generador para calentar agua o aire, pero también se usa en procesos industriales para calentar cualquier sustancia.
En función de su tamaño, los puede haber desde uno como un encendedor de cigarros para calentar una probeta, hasta uno gigantesco capaz de producir 30 000 kW o más.
El combustible usado puede ser gaseoso, generalmente gas natural, butano, propano, etc.; líquido, generalmente gasóleo o una combinación de ambos (gas y gasóleo), en cuyo caso se denomina quemador mixto.
Los hay atmosféricos, que producen la llama a presión ambiente, y con soplante, donde un ventilador se encarga de aumentar la presión del aire necesario para la combustión, lo que hace que se pueda quemar más cantidad de combustible y que el rendimiento sea superior.
En algunos países del Este, como Polonia y Ucrania, también se solía mezclar polvo de carbón con gas, para aumentar el poder calorífico del combustible, pero no es norma habitual hoy en día.
1.1.3.-Principio de funcionamiento con combustible líquido Una bomba de gasoil se encarga de someter el combustible líquido a una elevada presión que, al introducirlo por un tubo hacia una boquilla con un orificio muy pequeño, hace que salga pulverizado y, por efecto Venturi, se mezcla con aire, que un ventilador se encarga de introducir en el hogar de la caldera. La ignición se produce por medio de unos electrodos entre los que salta un reguero de chispas.
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1.1.4.-Principio de funcionamiento con combustible gaseoso En este proceso no es necesario convertir el líquido en gas. Se introduce directamente el gas mezclado con el aire en el hogar y, mediante una chispa, se prende la llama.
En este sistema hay más dispositivos de seguridad porque, al contrario de lo que ocurre con el gasóleo, el gas sí arde en condiciones ambientales. En cambio, en el caso del gasóleo es necesario calentarlo o someterlo a presión para que arda.
Quemador de etapas: este quemador puede hacer llama de varios tamaños, dejando pasar más o menos combustible. El más sencillo es de tres etapas: todo-medio-nada, es decir que produce una llama mitad de la que es capaz de producir en condiciones de plena potencia, y otros de más etapas, aunque no suele tener más de cuatro: todo-dos, tercios-un, tercio-nada. Cuando se requiere mayor variación se recurre al siguiente: Quemador modulante: En este quemador, tanto para combustibles líquidos como gaseosos, puede modularse la potencia (el tamaño) de la llama por un sistema electrónico, que regula en función de las necesidades de calor, necesidades que conoce por una sonda situada en la conducción de retorno del sistema de calefacción; a menos temperatura, mayor potencia habrá que dar a la llama.
1.1.5.-Acero El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas. No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal duro y relativamente dúctil, con temperatura de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto
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en la forma de diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos, formándose un compuesto intersticial. La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro. Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes según su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita. El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas
1.1.6.-Plásticopolitetrafluoroetileno (PTFE) 1.1.7.-Propiedades térmicas Estabilidad térmica: El PTFE es uno de los materiales plásticos más termoestables. A una temperatura de 260 º C no demuestra descomposición alguna, por lo tanto, a esa temperatura, conserva la mayor parte de sus propiedades. A partir de los 400ºC en adelante, comienza una descomposición apreciable físicamente. Puntos de transición: La disposición de las moléculas del PTFE (estructura cristalina) varía con la variación de temperatura. Existen diferentes puntos de transición pero los más importantes se producen a los 19 º C, que corresponde a la modificación de algunas propiedades físicas, y a los 327 º C que corresponde a la desaparición de la estructura cristalina: el PTFE adquiere un aspecto amorfo pero conserva su forma geométrica. Dilatación: El coeficiente de dilatación lineal varía con la variación de temperatura. Además, a causa de la orientación producida en el proceso de elaboración, las piezas de
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PTFE son en general anisotrópos, esto significa que el coeficiente de dilatación varía en relación con la dirección de compresión. Conductividad térmica: El coeficiente de conductividad térmica del PTFE no varía con la variación de temperatura y es relativamente elevado, por eso debe ser considerado como un buen aislante. La mezcla y agregado con otros materiales como fibras de vidrio o carbón, aumenta la conductividad térmica. Calor específico: El calor específico aumenta conjuntamente con la temperatura.
1.1.8.-Comportamiento en presencia de agentes externos Resistencia a agentes químicos: PTFE es prácticamente inerte contra casi todos los elementos y compuestos conocidos. El PTFE solamente es atacado por metales alcalinos en estado elemental, por trifloruro de cloro y por flúor elemental a altas temperaturas y presiones. Resistencia a solventes: PTFE es insoluble en casi todos los solventes hasta temperaturas de 300 º C. Hidrocarburos fluorados causan cierta hinchazón, la cual es reversible. También algunos aceites altamente fluorados a temperaturas mayores a los 300 º C, presentan cierto efecto de disolución en el PTFE. Resistencia a agentes atmosféricos y luz: Piezas de PTFE expuestas durante más de 20 años a condiciones climáticas extremas, no han demostrado alteraciones en sus propiedades características. Resistencia a las radiaciones: Radiaciones de alta energía tienden a romper la molécula de PTFE, o sea que la resistencia a este tipo de radiaciones es muy limitada. Permeabilidad a los gases: La permeabilidad a los gases es similar a la de otros materiales plásticos. La permeabilidad no depende solo del espesor y la presión, sino que también depende de las técnicas utilizadas en el proceso de elaboración.
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1.1.9.-Propiedades mecánicas
Propiedades de tensión y compresión: Estas propiedades son muy afectadas por el proceso de elaboración y el tipo y calidad de materia prima utilizada en la elaboración del producto. El PTFE, puede ser usado continuamente hasta temperaturas de 260º C, como así también mantiene cierto grado de elásticidad a temperaturas cercanas al cero grado absoluto (-273 °C). Memoria plástica: Si una pieza de PTFE es sometida a presión o compresión por encima de su punto de esfuerzo máximo de deformación aparente, parte de la deformación provocada permanece después de disminuir la presión, con la aparición de ciertas tensiones internas. Si esta pieza es recalentada, estas tensiones tienden a liberarse y la pieza adquiere su forma original. Esta característica del PTFE es llamada memoria plástica y es utilizada para diferentes aplicaciones. También la mayor parte de los productos semielaborados, a causa del proceso de elaboración, poseen en cierto grado tensiones similares a las anteriormente mencionadas. Cuando se desea obtener productos semielaborados dimensionalmente estables a altas temperaturas, se pueden someter los productos a temperaturas de 280 ºC durante una hora cada 6mm de espesor de la pieza y después enfriarla lentamente. Las piezas obtenidas de esta manera son casi completamente libres de tensiones internas y son conocidos como materiales “acondicionados” o “termo estabilizados”. Dureza: La dureza Shore D, medida de acuerdo con el método ASTMD2240, ha dado valores comprendidos entre D 50 y D60. Mientras que bajo la norma DIN 53456 (13.5 Kg / 30 seg.) la dureza tiene un rango de 27 a 32 N / mm2. Fricción: PTFE posee el más bajo coeficiente de fricción de todos los materiales sólidos; los valores varían entre 0.05 a 0.09: Los coeficientes de fricción estático y dinámico son casi iguales, por lo tanto casi no existe el efecto comúnmente denominado stick-slip, o sea que no se produce el efecto como de leve pegado cuando se desea que una pieza pase del estado de reposo al de movimiento. Cuando se incrementa la carga, el coeficiente de fricción decrece antes de alcanzar un valor constante. El coeficiente de fricción aumenta al aumentar la velocidad. El coeficiente de fricción permanece constante al variar la temperatura.
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Desgaste: El desgaste depende de las condiciones de la superficie de deslizamiento y obviamente de la velocidad y la carga aplicada a dicha superficie. El desgaste se reduce considerablemente cuando se agrega al PTFE adecuados materiales en diferentes proporciones (carbón, vidrio, grafito, etc.).
1.2.1.-Chumacera
La chumacera o rodamiento es una pieza de metal o madera con una muesca en que descansa y gira cualquier eje de maquinaria. El elemento rotativo que puede emplearse en la fabricación del rodamiento puede ser de bolas, de rodillos o de agujas. En los rodamientos, el movimiento rotativo según el sentido del esfuerzo que soporta, puede ser axial, radial, o una combinación de ambos.
Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de dirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda; es axial si soporta esfuerzos en la dirección de su eje, como por ejemplo en los quicios o bisagras de puertas y ventanas; y axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa o combinada.
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Capítulo II
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2.-Supuestos técnicos Hipótesis: A través de la migración de un sistema de producción mecánico hacia uno semiautomatizado, que permita reducir costos de operación y optimizar el proceso, es
posible atender el mercado de elaboración de tortillas tipo casera.
Debido al cambio que sufrió la economía global, los mercados mundiales han sufrido recurrentes alzas en la mayoría de los productos de canasta básica y en la industria energética. Es por esto mismo que en México desde hace ya algunos años, productos básicos del hogar que no pueden faltar en una típica familia mexicana como son el huevo, la leche y la tortilla, tiene un elevado precio, provocando que las familias mexicanas tengan que administrar perfectamente el poco dinero que ganan para alimentar bien a sus familias.
En la industria tortillera, desde los años
sesentas, fueron introducidas las máquinas
trilladoras que típicamente se conocen como los modelos Celorio, que es una máquina de inyección, con una serie de comales pequeños formando una banda que da vueltas sobre sí misma para voltear la tortilla y completar el proceso de cocción del producto que consiste en 3 vueltas sobre la banda, y que tienen una longitud aproximada de 4 metros. El funcionamiento básico de estas máquinas consiste en una serie de tornillos sin fin que presionan la masa que viene de una molienda previa.Esta se deposita en el cabezal principal donde un tornillo sinfín introduce la masa hasta tornillos más pequeños dentro del corazón de la máquina.Con la presión que se acumula dentro de la máquina, forma una película constante de masa que después es rebanada por un cortador en forma de semicírculo que viene y va con el movimiento de una leva. De esta forma, la tortilla es inyectada sobre una banda que la lleva hasta los comales que poseen una serie de quemadores de gas LP a lo largo de las cinta (en un 50% de ella) en sus diferentes niveles. La máquina expuesta en este documento dispondrá de tres niveles al igual que las antiguas máquinas y se pretende que
la tortilla
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se desplace a una velocidad
menor.Deesta forma, se reduce el largo necesario de la banda, y dispondrá en un 90% del nuevo trayecto para la tortilla de quemadores en forma de flauta para que la cocción sea ideal, buscando un mejor terminado, de mayor calidad y con menor consumo de gas. El terminado que se obtiene con este nuevo diseño, es de cierta forma más tradicional y con un parecido a un producto casero. Otra solución planteada a estos mismos problemas contempló la reducción del tamaño de la banda, conservando la forma tradicional de los comales Celorio pero con un mayor número de vueltas, es decir, reemplazarlargo por alto. También se consideró reducir el tamaño de todas las piezas a la mitad y reducir la velocidad a la mitad, conservando la misma forma. 21 segundos por vuelta de la banda se necesitan en las máquinas actuales para obtener una cocción completa. Uno de los cambiosque se pretende hacer para optimizar el uso del gas en un 50% es en los comales, buscando que la nueva banda o dispositivo transportador precise de menos superficie para calentar menos material. De esta forma la máquina reduce drásticamente su tamaño a la mitad y puede ser
instalada y puesta en marcha en espacios más
pequeños.
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Capítulo III
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3.- Propuesta de solución al problema planteado 3.0.0.-Análisis delentorno de operación de la máquina En esta sección
se describen las características del entorno donde se
ubica la
maquinaria y se especifican las necesidades y cuidados que requiere el equipo, además de su viabilidad. Comúnmente las tortillerías son sitios de trabajocon espacios grandes debido al gran tamaño de los equipos y distinto número de estos requeridos para la elaboración de las tortillas. Las máquinas trilladoras deben estar ubicadas en espacioscon dimensiones mínimas de 5 × 4 m. en donde se instalan los elementos esenciales para que esta opere como una mesa de trabajopara colocar la masa y otra para elementos que requiere la máquina como aceite para la lubricacióndel cabezal de la máquina. Siendo el cabezal una composición de engranes que mueven los tornillos sinfín dentro de la máquina, el operador debe
estar constantemente engrasando y manteniendo los
niveles de lubricación. Dentro de este sitio de trabajo se debe contar con los elementos esenciales que alimentan la máquina como una conexión constante a una toma de corriente trifásica y a otra de gas LP.Se necesita también
un mostradoren donde se despachará el productor
terminado. Estos son algunos de los elementos básicos de la zona de trabajo y la integración de estos contribuye a formar un negocio exitoso porque además de los equipos nuevos, es necesario promover la armonía en el sitio de trabajo para que los elementos se mezclen con el intelecto humano y de esta forma se puede obtener un producto con la mejor calidad y el mejor sabor. Se plantea la posibilidad de que la máquina
encaje entrelascaracterísticas de una
tortillería moderna y se ajuste a las necesidades de producción y al alto desempeño de trabajadores y equipo para un buen desarrollo del negocio.
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Se estima, por las observaciones hechas en los sitios de trabajo, sería de gran ayuda una máquina con un menor tamaño, menor número de componentes, mejor rendimiento del Gas LP y menor consumo de energía. Esto podría ayudar a iniciar nuevas tortillerías en lugares más pequeños con una producción a la par del consumo, siendo esta ajustable a petición del cliente. Las máquinas que actualmente existen, como el renombrado modelo Celorio, requieren de un cierto tiempo de calentamiento para que la producción de la tortilla sea óptima. Una vez iniciada la producción, estatiene que ser continua ya que si se detiene hay una gran pérdida de temperatura y para volver a calentar necesario, elconsumo de más gas, con el consiguiente aumento de los costos. Los comales tradicionales de estas máquinas tienen una banda compuesta de múltiples láminas que se unen una tras otra para formarla con la flexibilidad suficiente de doblarse para hacer giros de 180°, esto con la finalidad de voltear la tortilla. El proceso de ensamblado y mantenimiento es complicado ya que se componen de muchas piezas iguales. En el modelo a desarrollar se busca que la máquina sea más sencilla para que en caso de una reparación no se tengan que quitar muchos elementos y de esta forma se pueda reparar mucho más rápido para reestablecer la producción. El lugar donde se ubica la máquina debe
estar bien ventilado, además contar de
preferencia con una campanapara extraer el calor y el residuo del gas que se está generando constantemente. Con los comales Celorio, el gas y el calor de residuo que hay sobre la máquina suele ser difícil de extraer ya que cubrir el largo de la banda es algo costoso y difícil de montar en la mayoría de los casos. Con una máquina más pequeña se requiere una campana más pequeña, por lo tanto, sería de menor costo la preparación del sitio de trabajo. Otro punto importante a considerar esel elevado nivel de ruido que se genera en el área de trabajo, ya que
con el constante movimiento de la máquina y sus muchos
componentes metálicos, crean un gran estruendo que después de algún tiempo, puede llegar a ser molesto e incluso dañino.
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Es necesario, para disminuir los niveles de este ruido, tener siempre muy bien lubricada la máquina pero esto se complica porque es prioritario mantener la producción ya que hay que recoger producto, alimentar de masa y lubricar el constante movimiento de la banda. La ideageneral entonces, es acondicionar el área de trabajo con
ergonomía,
considerando aspectos como el sonido y la temperatura para que el desempeño del trabajador y la máquina sea mucho mejor y en conjunto se adapten a la necesidad de producción y de esta forma sea factible entregar al cliente un producto de calidad, que esté siempre a la mano y en mejores condiciones para ser consumido.
Fig. 1.4 Sitio de trabajo de la máquina tortilladora. 3.0.1.-Desarrollo del proyecto
El cuerpo principal de la máquina tendrá una forma rectangular de aproximadamente de 1m por lado y 1.10m de alto. La estructura de esta será de tubular cuadrado de 1 ½ in con refuerzo en la parte inferior y superior y las bases para montar los respectivos componentes de la máquina.
En el centro de la máquina se tiene un carrusel giratorio que sostiene los tres niveles de comales circulares de solera, los cuáles, en la parte inferior reciben directamente el calor generado por los quemadores que siguen la forma circular de el comal para proporcionarle calor de forma homogénea, alcanzando a cubrir un 100% de la superficie.
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En cada uno de los niveles, en la parte superior de los comales, se contará con un desviador que modifica la trayectoria de la tortilla para que esta se integre al siguiente nivel de forma consecutiva hasta salir de la máquina. Estose logra por medio de rampas que existen entre los niveles y que guían a la tortilla para dar la vuelta entre cada uno. Cuando la tortilla entra el nivel superior, daría toda la vuelta de no ser por los desviadores ubicados casi al final de la revolución y estos están en contacto todo el tiempo con el comal para no dejar pasar la tortilla. En este punto, el comal es muy importante y es indispensable utilizar los materiales adecuados.
En la parte inferior de la máquina se encuentra, un motor de 2 HP conectado por medio de una polea a un reductor y éste a su vez, conectado por medio de una cadena y una corona que está montada en uno de los extremos del carrusel de comales.
Los quemadores circulares son alimentados independientemente
para
regular la
temperatura en cada uno de los niveles y asegurar la cocciónóptimadel producto.
En cada uno de sus cuatro lados llevará tapas desmontables para poder acceder a cualquier
zona del comal, en caso de requerirse alguna reparación o
ajuste en la
producción. En las partes inferior y superior de la máquina
se encontrarán unas chumaceras que
tendrán la función de soportar el carrusel de comales para dar libre movimiento al giro del este.
3.0.2.-Diseño e implementación de la estructura
Una vez definida la altura (1.10 m) y el ancho (1 m) de la máquina, procedemos a efectuar el cálculo aproximado del material requerido para comenzar la preparación de
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las piezas que integrarán la estructura, resultando un aproximado de 18 m en total para toda la armazón.
Fig. 1.5 Diseño de la estructura principal.
Se procede a cortar 4 m de tubo dividido en secciones de 1 m para la parte superior, con un bisel en cada extremo para que encajen de forma que se cree un cuadrado.
De igual manera, se cortan 4 m más para hacer las cuatro patas. Tomando en cuenta la reducción de 1 1/2 pulgadas del ancho del tubo, estas miden 1.07m.
Otras 11 secciones que conforman la parte inferior de la estructura, la parte media y los soportes para el carrusel y el motor, se cortan tomando en cuenta el ancho del tubo para que encajen en sus respectivos lugares. Estasecciones miden aproximadamente 92.4 cm de largo.
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Dos secciones más de 50 cm cada una que conforman el apoyo superior del carrusel, se preparan para formar una esquina con un bisel, con el objetivo de formar un cubo dentro del cubo de la parte superior. Al tener listas todas las piezas con sus respectivas medidas,se sueldan utilizando una máquina de arco eléctrico. Se conforma el cuadro superior de la máquina que consta de cuatro piezas que son unidas por los biseles antes preparados para conformar un cuadro.
Fig. 1.6 Armado de la parte superior de la estructura principal. Una vez listo el cuadro superior y con ayuda de un nivel, son colocadas una por una las cuatro patas para la estructura de la máquina.
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Fig.1.7 Armado de las patas de la estructura principal. El siguiente pasoes ensamblar la sección intermedia que lleva cuatro de los segmentos de 92 cm.
Fig. 1.8 Armado de la parte intermedia (base).
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De igual forma, la sección inferior lleva cuatro segmentos de 92 cm de largo, que deben ser soldados a las patas de la estructura.
Fig. 1.9 Armado de la parte inferior de la estructura (refuerzo). Por último, se sueldan las 3 últimas secciones de 92 cm de largo que se utilizan como refuerzo dela estructura y que sostienen el carrusel central de los comales, junto con las dos secciones de 50 y 56 cm de largo de la partesuperior,colocados de este modo para dejar espacio a las rampas de bajada.
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Fig. 2.0 Armado de los soportes del carrusel.
3.0.3.-Desarrollo del carrusel central y los comales
Se usará una pieza de acero templado de 1.10 m de largo y 1 1/2 pulgadas de diámetro para la flecha.
Los comales son de solera de 0.5 cm de grueso, con un radio de 40 cm.
Debajo de los comales, directamente en contacto con estos, se tienen unos platos de acero de 10 cm de radio que son los que sostendrán a los mismos. En la parte inferior, llevará insertada en la flecha una corona que funciona como un transmisor del movimiento procedente del reductor.
Chumaceras de 1 ½ pulgadas con 4 puntos de anclaje, se colocan respectivamente en la parte inferior y superior de la máquina y son estas la que sostendrán y a la vez darán libre movimiento al carrusel de los comales.
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Se monta en un torno la flecha para rectificar que estáperfectamente alineada, operando a baja velocidad y con una buena lubricación para que la pieza no sufra deformaciones por calentamiento ya que es muy alta la fricción entre elburil y la flecha.
Después, se
perforan unas pequeñas muescas cada 20 cm para que encajen con los platos que sostendrán los comales y las necesarias para las chumaceras según el modelo que se utilice.
Para la fabricación de los comales se recomienda usar una máquina de corte de chorro de agua a alta presión, en donde por medio de un chorro continuo de agua a unos 2000 bares, se cortan los tres comales en placas de solera sin problema alguno.Una vez listos,se barrenan cada uno de estos al centro de forma que coincidan con los barrenos del plato que sostendrá los comales con la flecha.
Con la finalidad de darle rigidez a los comales, se les debe colocar en la parte inferior (cargado hacia la orilla), una pequeña pestaña de solera a la cual se le da forma circular y se suelda. De la misma forma, se coloca al centro de estos, otra pequeña pestaña con la finalidad de evitar que la tortilla llegue al centro de los comales cuando cambia de nivel a nivel.
Los platos que sostienen los comales son la combinación de un plato de acero y un buje unido y barrenado para que entren unos tornillos que a su vez encajarán con las pequeñas muescas hechas en la flecha, evitando que los comales se desplacen hacia la parte inferior. Para comenzar a montar el carrusel, se inicia barrenando en la parte inferior y superior de la estructura de metal, en las barras que fueron diseñadas para sostenerlo. Resulta fundamental que los barrenos coincidan con los orificios que poseen las chumacera, 4 en total por cada una.
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Fig. 2.1 Armado de las chumaceras del carrusel. Una vez fijas las chumaceras con tornillos, se inserta la flecha estando
la máquina
elevada en el aire, con la finalidad de que la flecha bajemásallá de su punto fijo para el ensamble de las siguientes piezas.
Fig. 2.2 Montado dela flecha.
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Posteriormente, se insertanlos platos, seguidos de los comales en forma alternada con la ayuda de una pequeña grúa neumática. Una vez que estádentro la flecha, se procede a bajar la máquina para que esta quede posicionada correctamente. Después, se insertan los tornillos que unen el plato y el comal del nivel superior para poder levantarlo y fijarlo en su lugar, siguiendo los mismos pasos para los tres comales restantes. De esta forma, quedamontado el carrusel de comales en la estructura principal de la máquina, concluyendo así gran parte del trabajo.
Fig. 2.3Ensamble delos platos que sostienen los comales.
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Fig. 2.4 Ensamble de comales.
3.0.4.-Desarrollo del sistema de transmisión y potencia
Se prepara una placa de 45 cm de largo por 20 de ancho, en la cual irá montado el motor. En uno de los extremos de esta, se barrenaron cuatro agujeros para poderlo montar sobre la estructura principal de la máquina.
Fig. 2.5 Base de fijación del motor.
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De igual manera se prepara una placa de 45 cm por 24 en la base y una exclusión de 20 cm para el reductor de velocidad con sus respectivos barrenos para ser colocada en la estructura principal.
Fig. 2.6 Base de fijación del reductor.
En estecaso, se colocará un motor marca Baldor de 2 caballos de fuerza a 1750 revoluciones por minuto, con una alimentación requerida de 220 VCA.
Fig. 2.7 Especificaciones del motor. También se instalará un reductor de velocidad marca RISUES,tamaño 310, con una reducción de 60: 1y con capacidad para 1 litro de aceite.
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Fig. 2.8 Especificaciones del reductor de velocidad. Una vez preparadas las dos piezas, se procede a montar primero el soporte del motor en la estructura sujetándolo con sus cuatro tornillos de cada lado y de la misma forma se monta el soporte del reductor, quedando fijos en la estructura de la máquina.
Fig. 2.9 Montado de los soportes de motor y reductor.
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Una vez colocadoslos soportes, seprocedea poner en su lugar el motor y el reductor. Ambos dispositivos, quedan acoplados por medio de una polea, quetiene la finalidad de reducir las revoluciones dadas por el motor. En este punto, el tamaño de la polea puede variar dependiendo de cada motor y reductor, con la finalidad de obtener una revolución en el carrusel cada 40 segundos.
Fig. 3.0 Montado del motor y el reductor.
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Fig. 3.1 Montado de la polea y banda. Una vez conectados el motor y el reductor, se conecta también por medio de una cadena y dos coronas, el reductor a la flecha de la máquina.
Fig. 3.2 Montado de las coronas y la cadena.
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3.0.5.-Desarrollo de los quemadores
Se usa tubo de media pulgada de acero suave para poder conformar el quemador. Cada uno de estos está conformado por secciones de 1.80 m de largo.
Para sostener
los quemadores, se suelda a la estructura de la máquina, placas de
aproximadamente 4 × 35 cm.
Fig. 3.3 Base para quemador. Para la construcción de los quemadores se doblan las secciones de tubo de 1.80 cm hasta casi formar un círculo. Se procede a perforar las salidas de gas
a
aproximadamente 1 cm de distancia entre ellas por la parte interna y externa del tubo, de forma que cada centímetro tenga dos salidas para combustión. Una vez hecho esto, se suelda una extensión de tubo para poder llegar hasta el conector principal,mostrándose con una forma similar a la de un signo de interrogación.
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Fig. 3.4 Quemador vista superior. Todos los comales van conectados a un distribuidor principal de gas que estará ubicado en una esquina de la máquina. Esta pieza consiste de una entrada y tres salidas para el gas. El conector principal está hecho de un tubo cuadrado de 1 pulgada por 60 cm de largo. Haciendo uso de una terraja, se genera rosca interna en cuatro secciones del tubo, una casi al final del tubo en la parte inferior para la entrada de gas y tres en la cara contraria cada 20 cm, que es la distancia que hay entre cada nivel los comal.
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Fig. 3.5 Conector principal de gas. Una vez armados todos los elementos,
se
montanen la
estructura principal de la
máquina.
Se inicia este proceso soldando las placas de acero de forma que estas queden fijas en la estructura interna de la máquina para poder sostener los quemadores.
Fig. 3.6Montaje de las bases.
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Así mismo, se sueldan dos pequeñas placas más de aproximadamente 4 × 10 cm para poder sostener el colector principal de gas.
Una vez listas las placas que seusarán como bases, son puestos en su lugar los tres quemadores, cada uno debajo de un comal. De igual forma el conector principal de gas que se conecta con los quemadores por medio de llaves de paso para poder nivelar el flujo y cambiar la temperatura que se desea en cada comal.
Fig. 3.7 Montaje de quemadores.
3.0.6.-Diseño de la base En lámina de acero de 2mm de grueso, se cortan dos planchas de 1m x 49cm que conforman el piso de la máquina para hacer una división entre el motor y los comales de la máquina. En el centro de estos, se corta un circulo de aproximadamente 5 cm de diámetro para que pueda pasar la flecha del carrusel de comales.
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Fig. 3.8 Láminas para la base de la máquina. 3.0.7.-Desarrollo de losdesviadores y rampa de bajada
Se usan placas parecidas a las utilizadas para los soportes de los quemadores, con el fin de
alcanzar
diversas
posiciones
en
la
máquina
que
permiten
montar
desviadores,paracambiar la trayectoria de la tortilla yobligarla abajar de nivel dentro del carrusel de comales.
Los desviadores están constituidos por una barra de aluminio de 40 cm
barrenada
aproximadamente cada 2 cm con barrenos de 3/8.En dichos barrenos, posteriormente son insertadas unas barras de PTFE que es una especie de polímero que resiste altas temperaturas y se utiliza mucho en la industria para fabricar distintos tipos de sellos y colocar plástico en lugares donde normalmente no podría estar por las altas temperaturas o por la corrosión del lugar.
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Fig. 3.9 Barra de aluminio perforada.
Las barras de PTFE miden 7 cm de largo aproximadamente y 3/8 de diámetro.
Fig. 4.0Barras de PTFE. Los desviadores tienen que ser colocados en puntos estratégicos de la máquina en cada uno de los niveles de los comales, de forma que en los dos primeros niveles, la tortilla casi complete una vuelta dentro el carrusel giratorio pero en el último nivel, sólo de media vuelta.
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Fig.4.1 Puntos estratégicos de los desviadores. Las rampas de bajada son de lámina de acero de 20 × 25 cm largo por ancho. Una de las caras se somete a la dobladora hasta adquirir la forma curva.
Fig. 4.2 Rampa de lámina.
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Se sueldan las que serán las bases para el desviador en los niveles 2 y 3. Se utilizan bases exactamente iguales a las de los comales, siendo también soldadas en la estructura de la máquina.
Fig. 4.3Montaje de las bases para los desviadores 2 y 3.
Enseguida se colocan las piezas de aluminio barrenadas sobre las bases, siendo sujetadas con un tornillo y una rondana. En el nivel superior del carrusel de comales, la barra de aluminio perforada se sujetada a la estructura de la máquina con un tornillo.
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Fig. 4.4Desviador del nivel 1 con barras de PTFE.
Para las rampas se sueldan los soportes utilizando el marco de la estructura principal de la máquina en los niveles 2 y 3, en el nivel superior la rampa se sujeta a la parte del marco de la máquina. Una vez sujetas las bases, se colocan las rampas con tornillo y rondana.
Fig. 4.5 Ubicación de las rampas dentro de la estructura de la máquina.
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3.0.8.-Desarrollo de las tapas
Se fabrican con tubo cuadrado de una pulgada de ancho y de 60 x 96 cm largo, en forma de marcos rectangulares. Posteriormente se sueldan 2 bisagras a cada uno de los marcos y dos por cada una en la máquina para que estas actúen como unas puertas que se pueden montar y desmontar fácilmente.
Fig. 4.6 Tapa de la máquina.
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Por último y una vez montadas las tapas, secolocavidrioa cada una de estas, con el objetivo de mantener parte del calor dentro de la máquinay de esta formaobtener la temperatura adecuada, además de mantener el producto inmaculado, para que no se contamine con partículas externas.
Fig. 4.7 Producto final.
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Capítulo IV
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4.- Evaluación y análisis de resultados En la primera etapa de pruebas se tomó el tiempo estimado que se tarda en recorrer una tortilla en cada uno de los distintos niveles del carrusel de comales, para determinar cuál esel rango de temperatura óptimo en cada uno de ellos y probar el funcionamiento general de la máquina, efectuándose dentro de lo esperado.
Fig. 4.8 Llegada de la tortilla al nivel superior del carrusel de comales.
En el nivel uno, la tortilla tarda en dar toda una vuelta, aproximadamente 40 segundos para llegar al desviador. En este nivel se necesita una flama media ya que si se calienta de más, la tortilla pierde humedad y se reseca. En las pruebas realizadas, fue necesario ajustar el desviador.
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Fig. 4.9 Llegada de la tortilla al desviador del primer nivel. En el nivel dos, la tortilla tarda en hacer el recorrido un aproximado de 38 segundos. En este nivel la flama es de nivel medio-alto ya que es aquí donde se cocina en un 70 %. En esta etapa, resultó difícil ajustar la temperatura.
Fig. 5.0 Llegada de la tortilla al desviador del segundo nivel. En el nivel tres, la tortilla tarda aproximadamente 20 segundos ya que solo recorre media revolución de la totalidad del recorrido y es obligada a salir de la máquina por medio de los desviadores. La flama de este nivel es medio-baja ya que solo se pasa por este nivel para dar el acabado final a la tortilla. Es en este nivel donde la tortilla obtiene su proceso de cocción al 100%. En este nivel se ajustó la rampa para volverla más sólida.
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. Fig. 5.1 Llegada de la tortilla al desviador del tercer nivel y expulsión de la máquina. Se presentó un problema no esperado en las pruebas de prototipo, debido a que no se instalaron vidrios resistentes a alta temperatura y después de un periodo prolongado de pruebas, comenzaron a estrellarse.
Fig. 5.2Vidrio dañado por alta temperatura. La máquina se puede trabajar de dos diferentes formas: una de ellas es de manera semiautomática, colocando directamente la tortilla cruda de forma manual y la otra es la
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de forma automática, en la cual se introduce la tortilla cruda por medio de un cabezal de rodillos también automático que puede llevar al comal a su máximo funcionamiento estimado de 40 kg/h.
En producción continúa con un cabezal inyector, la máquina es capaz de producir alrededor de 26 tortillas por minuto (40 kg / h),colocando la producción de la máquina en una proporción media entre la producción de un comal tradicional,(alrededor de 20 kg /h) y una semi-industrial de 70kg/h.
Fig. 5.3Gráfica de producción de kg-h de los distintos modelos de producción.
La máquina se puso en marcha con un regulador de baja presión.Los modelos anteriores usan reguladores de alta presión. En base a esto, se estima que el consumo de gas del nuevo modelo es menor.
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Capítulo V
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5.- Conclusiones y recomendaciones Como conclusión se puede decir que, el comal automático cumple con la función esperada de ser una máquina con menorconsumo de gas y de menor tamaño. Se considera útil para satisfacer los requerimientos para detonar mayor producción en comparación con un proceso manual o bien disminuirla, comparándola con un proceso semi-industrial. La idea general del producto cumple necesidades del mercado local y con la culminación de este proyecto se tienen las bases para poder contribuir con la modernización de la industria tortillera en México y seguir avanzando hacia un mejor estilo de vida general en la población.
Durante el tiempo de la construcción del prototipo se detectaron mejoras que se podrían implementar en otros modelos posteriores con materiales de mejor calidad, como son una estructura de acero inoxidable y la mayor cantidad posible de piezas de la máquina que se puedan remplazar por acero inoxidable, para cumplir con la norma ISO-22000. Otra posible mejora que se plantea es colocar una campana directamente sobre la máquina y colocar sellos aislantes en las puertas para que se forme un horno hermético, con el fin de reducir la pérdida de temperatura y contribuir a un ahorro de gas.
Se contempla la posibilidad de remplazar algunos de los vidrios para que se tengan menos piezas frágiles ya que los de alta temperatura suelen
dañarse fácilmente y
además son costosos. Una buena opción para el mercado actual es un motor a 110 V, para que sea posible colocar la máquina en más lugares y con menor costo de preparación del área de operación.Se estima que es suficiente con un motor de 1 HP para mover el carrusel de comales.
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A petición de algún cliente, se puede construir un modelo de lujo de la máquina, aplicando un microcontrolador que regule el paso de gas por medio de electroválvulas en base a lecturas de sensores de temperatura para mantener esta constante al interior de la máquina.De igual manera, se incluiría un encendido eléctrico en los quemadores y la estructura seria de acero inoxidable con un motor de 110 V, e incluiría incorporando además, una campana de extracción para conservar mejor el calor.
Como recomendación,es importante tener cuidado al hacer una reparación o ajuste, ya que la máquina genera temperaturas considerablemente elevadas en algunos puntos como los comales y los quemadores.
La primera vez que se encienda, se tiene que ajustar la cantidad de aire que entra a los quemadores, para que no se forme hollín.
Es recomendable ajustar el ángulo del desviador superior para que funcione de manera correcta, expulsando la tortilla hacia la rampa.
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Anexos Anexo 1.0
Glosario
Bisel.-Corte oblicuo en el borde de una superficie.
Barrenar.- Perforar alguna cosa con una barrena o un barreno.
Carrusel.- Es un objeto que consistente en una plataforma rotatoria.
Campana.- Es un tipo de dispositivo de ventilación
Husillo.-Tornillo metálico o de madera utilizado para el movimiento de las prensas y otras máquinas similares.
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Bibliografía y fuentes de información
(s.f.). Obtenido de http://www.inalcoa.net/catalogo/plasticos-2/ptfe-marca-teflon-%C2%AE/ celoriomexico. (s.f.). Obtenido de http://celoriomexico.com.mx/historia-empresa-maquinastortilladoras-celorio/historia-maquina-tortilladora-celorio/ http://www.inalcoa.net. (s.f.). Obtenido de http://www.inalcoa.net/catalogo/plasticos-2/ptfemarca-teflon-%C2%AE/ wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Comal wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Llave_de_paso wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Reductores_de_velocidad wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Quemador wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Chumacera wikipedia. (s.f.). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Acero
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Índice de material gráfico Fig 1.1 Mazorca de maíz amarillo ..................................................................................... 8 Fig. 1.2 Canasta con tortillas de maíz. ............................................................................. 11 Fig. 1.3 Máquina Tortilladora. .......................................................................................... 12 Fig. 1.4 Sitio de trabajo de la máquina tortilladora. .......................................................... 31 Fig. 1.5 Diseño de la estructura principal. ........................................................................ 33 Fig. 1.6 Armado de la parte superior de la estructura principal. ....................................... 34 Fig.1.7 Armado de las patas de la estructura principal. .................................................... 35 Fig. 1.8 Armado de la parte intermedia (base). ................................................................ 35 Fig. 1.9 Armado de la parte inferior de la estructura (refuerzo). ....................................... 36 Fig. 2.0 Armado de los soportes del carrusel. .................................................................. 37 Fig. 2.1 Armado de las chumaceras del carrusel. ............................................................ 39 Fig. 2.2 Montado dela flecha. ........................................................................................... 39 Fig. 2.3 Ensamble de los platos que sostienen los comales............................................. 40 Fig. 2.4 Ensamble de comales. ........................................................................................ 41 Fig. 2.5 Base de fijación del motor. .................................................................................. 41 Fig. 2.6 Base de fijación del reductor. .............................................................................. 42 Fig. 2.7 Especificaciones del motor.................................................................................. 42 Fig. 2.8 Especificaciones del reductor de velocidad. ........................................................ 43 Fig. 2.9 Montado de los soportes de motor y reductor. .................................................... 43 Fig. 3.0 Montado del motor y el reductor. ......................................................................... 44 Fig. 3.1 Montado de la polea y banda. ............................................................................. 45 Fig. 3.2 Montado de las coronas y la cadena. .................................................................. 45 Fig. 3.3 Base para quemador........................................................................................... 46 Fig. 3.4 Quemador vista superior. .................................................................................... 47 Fig. 3.5 Conector principal de gas................................................................................... 48 Fig. 3.6 Montaje de las bases. ......................................................................................... 48 Fig. 3.7 Montado de quemadores. .................................................................................. 49 Fig. 3.8 Láminas para la base de la máquina. .................................................................. 50 Fig. 3.9 Barra de aluminio perforada. ............................................................................... 51 Fig. 4.0 Barras de PTFE. ................................................................................................. 51 Fig.4.1 Puntos estratégicos de los desviadores. .............................................................. 52 Fig. 4.2 Rampa de lámina. ............................................................................................... 52 Fig. 4.3 Montaje de las bases para los desviadores 2 y 3. ............................................... 53 Fig. 4.4 Desviador del nivel 1 con barras de PTFE. ......................................................... 54 Fig. 4.5 Ubicación de las rampas dentro de la estructura de la máquina.......................... 54 Fig. 4.6 Tapa de la máquina. ........................................................................................... 55 Fig. 4.7 Producto final. ..................................................................................................... 56 Fig. 4.8 Llegada de la tortilla al nivel superior del carrusel de comales. ........................... 58 Fig. 4.9 Llegada de la tortilla al desviador del primer nivel. .............................................. 59 Fig. 5.0 Llegada de la tortilla al desviador del segundo nivel............................................ 59 Fig. 5.1 Llegada de la tortilla al desviador del tercer nivel y expulsión de la máquina. ..... 60 Fig. 5.2 Vidrio dañado por alta temperatura. ................................................................... 60 Fig. 5.3 Gráfica de producción de kg-h de los distintos modelos de producción............... 61
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