Tesis / 0026/I.M. by MAOSABO

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PROTOTIPO FREIDOR Y DISPENSADOR DE ALIMENTOS PRECOCIDOS CON CONTROL AUTOMATICO

JORGE LEONARDO BUITRAGO PINTO 9608209

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2014

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PROTOTIPO FREIDOR Y DISPENSADOR DE ALIMENTOS PRECOCIDOS CON CONTROL AUTOMATICO

JORGE LEONARDO BUITRAGO PINTO 9608209

Trabajo de grado aplicado para optar al título de Ingeniero mecatrónico

Director: MSc. Mario Jiménez

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2014

Nota de Aceptaci贸n: __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________

__________________________________ Firma del Jurado

__________________________________ Firma del Director

Bogot谩 D.C. 01 de Septiembre del 2014

Este proyecto está dedicado a Dios a mi familia y a todas las personas que me dieron su apoyo y ayuda en todo el tiempo que me llevó completar mis estudios. Especialmente a mi madre que desde algún lugar en el cielo me daba la fuerza y el apoyo espiritual para culminar con éxito este sueño, también a mis amigos y profesores porque fueron parte fundamental en mi vida cotidiana y me regalaron muchas experiencias y conocimientos.

Quiero dedicar este trabajo a un verdadero amigo cuya identidad no daré, pero que en el fondo es gracias a esa conversación que tuvimos un día en una calle llena de universitarios y vendedores de comidas rápidas en la ciudad de Medellín, que logre concluir cual era mi verdadero objetivo con este prototipo de máquina y por qué debía seguir luchando para la consecución de este sueño.

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer especialmente a mi tío, amigo y socio Juan Carlos Pinto Gutiérrez quien estuvo desde el principio dándole vida a este proyecto y siguiendo muchas veces mis ideas y pensamientos descabellados con respecto al prototipo y a mi vida personal, a mi director y orientador Mario Jiménez por su tiempo y consejos y a todas las personas de la universidad que de algún modo estuvieron apoyándome en la realización y entrega de este proyecto.

Quisiera agradecer a muchas personas que tuvieron mucho que ver en la consecución de este proyecto pero he decidido que es mejor dar esos agradecimientos en forma personal a escribirlos en este documento, pero tampoco puedo dejar de agradecerle a Dios por cada día que me dio de vida para conseguir este objetivo y por toda la paciencia que me otorgo para la resolución de cada problema o suceso que ocasiono este proyecto.

A mi Dios, a todas las personas que me apoyaron y hasta para los que se reían de mi idea e idiosincrasia con este proyecto solo tengo una palabra para decirles: GRACIAS…

CONTENIDO pag. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 3 1. ANTECEDENTES Y MARCO REFERENCIAL .................................................... 4 1.1“VENDING” EN COLOMBIA ............................................................................... 4 1.2 NORMAS DE HIGIENE Y SEGURIDAD EN ALIMENTOS ................................ 5 1.3 SEGURIDAD EN MÁQUINAS EXPENDEDORAS DE ALIMENTOS ................. 6 1.4 CLASES DE FREIDORAS ................................................................................. 7 1.4.1 FREIDORAS DOMESTICAS .......................................................................... 8 1.4.2 LAS MEJORES FREIDORAS DOMESTICAS ................................................ 9 1.5.3 FREIDORAS INDUSTRIALES ...................................................................... 10 1.5.4 FREIDORAS INDUSTRIALES COMPACTAS .............................................. 12 1.6 DISPENSADORAS DE ALIMENTOS .............................................................. 13 1.7 MAQUINAS DISPENSADORAS DE ALIMENTOS CALIENTES...................... 14 1.8. EMPANADA .................................................................................................... 18 1.8.1 EMPANADA EN COLOMBIA ........................................................................ 19 1.8.2. PROCESO DE COCCION DE LA EMPANADA ........................................... 21 2. ACEPTACION DEL PROTOTIPO...................................................................... 22 2.1 ELABORACIÒN DE LA ENCUESTA. .............................................................. 23 2.1.1RESULTADOS DE LA ENCUESTA ............................................................... 23 2.2 INTERPRETACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. ..................................... 27 3. OBJETIVOS ....................................................................................................... 28 3.1. OBJETIVO GENERAL. ................................................................................... 28 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. .......................................................................... 28 4. DISEÑO DEL PROTOTIPO. .............................................................................. 28 4.1 PRODUCTO A DISPENSAR ........................................................................... 29 4.1.2 CAPACIDADES DE LA MÁQUINA ............................................................... 30 4.1.2.1 CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO...................................................... 30 4.1.2.2 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN. .............................................................. 30 4.1.3 VARIABLES DE OPERACIÓN...................................................................... 30 4.1.4 MATERIALES ............................................................................................... 31 4.1.4.1MADERA..................................................................................................... 31 4.1.4.2 METALES. ................................................................................................. 31 4.1.5 SISTEMAS DE CONTROL ........................................................................... 34 4.1.5.1 LÓGICA CABLEADA ................................................................................. 34 4.1.5.2 MICROCONTROLADORES ...................................................................... 35 4.1.5.3 AUTÓMATAS PROGRAMABLES (PLC). .................................................. 37 4.1.5.4 TARJETAS EMBEBIDAS ........................................................................... 40 4.1.6 REFRIGERACIÓN ........................................................................................ 41 5. CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO ................................................................ 43 5.1 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS ................................................................ 43 5.2 CONSTRUCCION ESTRUCTURAL ................................................................ 49 5.3 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN. ................................................................... 51

5.4 SISTEMA DE CONTROL Y COMUNICACIÓN ................................................ 54 5.4.1 CONSTRUCCION SISTEMA ELECTRICO................................................... 55 5.4.2 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR....................................................... 57 6. PUESTA EN MARCHA DEL PROTOTIPO ........................................................ 59 6.1 PROCESOS BASICOS PARA EL USUARIO. ................................................. 59 6.1.1 FUNCIONAMIENTO PASO POR PASO. ...................................................... 61 6.1.2 ETAPAS DE LA RUTINA DEL PLC .............................................................. 65 6.2 PROCESO DE COCCIÓN. .............................................................................. 71 7. MANUAL TECNICO DE FUNCIONAMIENTO. .................................................. 74 7.1 SISTEMA ELECTRICO .................................................................................... 75 7.1.1 ELEMENTOS ELECTRICOS DE POTENCIA ............................................... 76 7.1.2 ELEMENTOS ELECTRICOS DE CONTROL................................................ 81 7.1.2.1 ACTUADORES Y SENSORES .................................................................. 84 7.2 SISTEMA INFORMATICO ............................................................................... 87 7.2.1 COMPUTADOR ............................................................................................ 88 7.2.2 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR...................................................... 90 7.3 SISTEMAS MECANICOS ................................................................................ 93 7.3.1 DISPENSADORES DE EMPANADAS .......................................................... 94 7.3.2 MECANISMOS DE FREIDORA .................................................................... 95 8. ANALISIS DE RESULTADOS............................................................................ 99 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 101 9.1 RECOMENDACIONES. ................................................................................. 102 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 103 ANEXOS .............................................................................................................. 107 ANEXO A. ............................................................................................................ 107 ANEXO B ............................................................................................................. 109 ANEXO C ............................................................................................................. 113 ANEXO D ............................................................................................................. 117 ANEXO E ............................................................................................................. 121 ANEXO F ............................................................................................................. 122 ANEXO G ............................................................................................................ 124 ANEXO H ............................................................................................................. 125 ANEXO I .............................................................................................................. 127 ANEXO J ............................................................................................................. 143

TABLA DE FIGURAS pag. Figura 1. Freidora común industrial ......................................................................... 7 Figura 2.Freidora eléctrica domestica ...................................................................... 8 Figura 3.Freidora eléctrica PHILIPS ........................................................................ 9 Figura 4.Freidora Industrial a Gas ......................................................................... 10 Figura 5.Freidora ZF-70 ......................................................................................... 11 Figura 6.Freidora Industrial compacta ................................................................... 12 Figura 7.Máquinas dispensadoras de snacks y bebidas........................................ 13 Figura 8.Máquina de café express ......................................................................... 15 Figura 9.Máquina de vending para sándwiches ..................................................... 16 Figura 10.Máquina expendedora de Pizzas horneadas ......................................... 17 Figura 11.Empanadas preparadas en Colombia.................................................... 19 Figura 12.Monumento a la Empanada (Caicedonia).............................................. 20 Figura 13.Empanadas antes de cocción. ............................................................... 21 Figura 14.Resultados Pregunta 1 .......................................................................... 23 Figura 15.Resultados Pregunta 2 .......................................................................... 24 Figura 16 Resultados Pregunta 3 .......................................................................... 25 Figura 17.Resultados Pregunta 4 .......................................................................... 26 Figura 18.Resultados pregunta 5 ........................................................................... 27 Figura 19 Muestra de empanadas ......................................................................... 29 Figura 20.Perfiles de Aluminio. .............................................................................. 32 Figura 21.Lógica cableada en un tablero industrial................................................ 35 Figura 22.Microcontrolador PIC 18F4550 ............................................................. 36 Figura 23.Componentes de un microcontrolador típico. ........................................ 37 Figura 24.PLC’s de varias clases y marcas. .......................................................... 38 Figura 25.Estructura Básica de un PLC. ................................................................ 39 Figura 26.El BeagleBone Black ............................................................................. 41 Figura 27 Banda modular de empujadores ............................................................ 44 Figura 28.Dispensador de bandeja con modulo espiral ......................................... 44 Figura 29. Fogón de gas natural ............................................................................ 45 Figura 30.Resistencia eléctrica .............................................................................. 45 Figura 31.Mecanismo con canastilla pivotada ....................................................... 46 Figura 32.Mecanismos con motores y palancas .................................................... 47 Figura 33.Evaluacion Cualitativa............................................................................ 48 Figura 34.Matriz de criterios ponderados............................................................... 49 Figura 35.Isométrico estructural............................................................................. 50 Figura 36.Carga térmica por las paredes............................................................... 52 Figura 37.Simulación térmica de aire en reposo .................................................... 53 Figura 38.PLC Unitronics JZ10-11-31.................................................................... 54 Figura 39.Ejemplo programación Ladder en U90. ................................................. 55

Figura 40.Sensor SICK VT180-N440 .................................................................... 56 Figura 41.Cableado estructurado en tablero de control ........................................ 56 Figura 42.Software De Unitronics usados. ............................................................. 57 Figura 43.Macro de programación Visual Basic.................................................... 58 Figura 44.Visualización en Adobe Flash ................................................................ 58 Figura 45.Proceso de operación para el usuario. .................................................. 59 Figura 46.Vista lateral-frontal del prototipo ............................................................ 60 Figura 47. Botones de selección. ........................................................................... 61 Figura 48.Freidora iniciando proceso de cocción................................................... 62 Figura 49.Ventiladores Extractores de vapores y Olores. ...................................... 63 Figura 50.Canastilla girando para entregar empanada. ......................................... 63 Figura 51.Diagrama de flujo de proceso completo................................................. 64 Figura 52.Pulsos de señales de entradas y salidas en el Proceso. ....................... 65 Figura 53.Programación Ladder Paso 1 ................................................................ 66 Figura 54.Moneda de $500 insertada en el monedero .......................................... 66 Figura 55.Selección de empanada sabor a pollo. .................................................. 67 Figura 56.Confirmación de selección empanada. .................................................. 67 Figura 57.Vista superior de motores dispensadores .............................................. 68 Figura 58.Inicio de proceso principal en el PLC. ................................................... 68 Figura 59.Sensor detector de empanada ubicado en el compartimiento trasero. .. 69 Figura 60.Rutina del PLC activando el temporizador (T5) ..................................... 69 Figura 61.Pasos 19,20 y 21 de la programación Ladder en el PLC ....................... 70 Figura 62.Canastilla girando para entregar el alimento ......................................... 71 Figura 63.Células de Aceite en Proceso de convección. ....................................... 72 Figura 64.Proceso de Convección ......................................................................... 72 Figura 65.Interruptor termomagnetico de seguridad monopolar. ........................... 75 Figura 66.Resistencia de Olla freidora ................................................................... 76 Figura 67.Termostato interruptor ........................................................................... 77 Figura 68.Diagrama de Termostato de láminas bimetalico .................................... 77 Figura 69.Especificaciones técnicas Termostato ................................................... 78 Figura 70.Vista interna compresor hermético ........................................................ 79 Figura 71.Termostato de refrigeración ................................................................... 79 Figura 72.Sistema de refrigeración ........................................................................ 80 Figura 73.Fuente de poder 12VCD ........................................................................ 81 Figura 74.Estructura del Tablero de control. .......................................................... 82 Figura 75.Tablero de Control en proceso de pruebas............................................ 83 Figura 76.Relevos de 14 pines .............................................................................. 84 Figura 77 Características Motorreductor................................................................ 84 Figura 78.Motorreductor 24 VCD instalado ............................................................ 85 Figura 79.Ventiladores Extractores ........................................................................ 85 Figura 80.Microinterruptores de pulso ................................................................... 86 Figura 81.Ubicación Sensor SICK ......................................................................... 87 Figura 82.Diagrama de comunicación PLC-Computador....................................... 88 Figura 83.Tarjeta Madre Asrock P4i65G ................................................................ 88

Figura 84.Fotografía frontal de la Maquina ............................................................ 89 Figura 85.Software UniDDE en ejecución. ............................................................. 90 Figura 86.Ejemplo de datos enviados a Excel. ...................................................... 91 Figura 87. Visualización en Modo de uso .............................................................. 92 Figura 88.Visualización insertando monedas......................................................... 92 Figura 89. Monedero similar al usado en el prototipo. ........................................... 93 Figura 90.Mecanismo de dispensación.................................................................. 94 Figura 91.Varilla en espiral de máquina de vending .............................................. 95 Figura 92.Sistemas mecánicos de freidora ............................................................ 95 Figura 93. Tapa de freidora levantándose ............................................................. 96 Figura 94.Accionamientos y movimientos de canastilla ......................................... 97 Figura 95.Direcciones de giro Canastilla .............................................................. 98

GLOSARIO CATERING: Servicio de suministro de comidas preparadas para colectivos, en especial para los pasajeros y tripulantes de un avión o para grupos de personas que trabajan en un mismo lugar. COCCION: Procedimiento que consiste en elevar la temperatura de un alimento, que modifica sus propiedades originales de modo que lo hace más fácil de digerir, en especial cuando se somete a un líquido en ebullición. COMPACTO: Que está formado por elementos muy juntos. DISPENSAR: Suministrar, conceder u otorgar algo. EMPANADA: Pasta o masa en forma de media luna rellena de ingredientes dulces o salados que se fríe en abundante aceite o se cuece al horno. FREIDORA: Recipiente para freír alimentos en abundante aceite que tiene forma de sartén honda con una especie de cesta metálica extraíble en su interior que deja pasar el aceite; la cesta sirve para introducir de una vez en el recipiente con aceite caliente los alimentos que se van a freír y para extraerlos del recipiente, dejando escurrir el aceite; existen freidoras eléctricas que, en lugar de ponerse sobre el fuego, funcionan conectadas a la corriente. PLC: La palabra PLC es el acrónimo de Controlador Lógico Programable (en inglés Programmable Logic Controler). Es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los equipos. PROTOTIPO: Primer ejemplar que se fabrica de una figura, un invento u otra cosa, y que sirve de modelo para fabricar otras iguales, o molde original con el que se fabrica. TARTRACINA:La tartracina es un colorante artificial ampliamente utilizado en la industria alimentaria. Pertenece a la familia de los colorantes azoicos. Se presenta en forma de polvo y es soluble en agua; haciéndose de color más amarillo cuanto más disuelta esté VENDING: Es un neologismo en voz inglesa que se utiliza para denominar el sistema de ventas por medio de máquinas auto expendedoras accionadas por diversos medios de pago.

RESUMEN Este trabajo presenta el diseño, construcción y la puesta en funcionamiento de un prototipo automático para la cocción automática de alimentos precocidos, siendo la empanada el alimento escogido para el proceso de freído. El prototipo tiene la capacidad de freír una empanada en tres minutos de forma secuencial hasta que se agoten las empanadas que se encuentran en el depósito de almacenamiento. Para el diseño se desarrollaron los planos mecánicos y eléctricos, así como el algoritmo de programación del PLC y el sistema de control automático, además de esto, se encuentra el diseño de las partes estructurales, en donde se tiene en cuenta los materiales que se utilizan en la industria de alimentos, con lo que se abarca gran parte del conocimiento en el que se basan los sistemas mecatrónicos. Este prototipo está basado en el diseño de una maquina dispensadora de alimentos de paquete (snacks) y una freidora doméstica, con la ayuda del sistema de control, sensores y actuadores se logra tener un proceso totalmente automático que se visualiza en una pantalla, para el usuario pueda seguir el proceso de cocción de la empanada.

ABSTRACT This paper presents the design , construction and operation of a prototype for the automatic cooking machine of cooked food , food pie being chosen for the frying process . The prototype has the capability of a pie fry in three minutes sequentially until exhaustion patties found in the storage tank . Developed for designing the mechanical and electrical drawings and the PLC programming algorithm and the automatic control system , in addition to this , is the design of the structural parts , where in one takes into account the materials used in the food industry , which is comprised much of the knowledge on which are based mechatronic systems . This prototype is based on the design of a vending machine food package (snacks) and a domestic deep fat fryer with the help of the control system , sensors and actuators is achieved having a fully automatic process which is displayed on a screen, for user to continue the cooking process of the pie.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad se puede conseguir alimentos precocidos como empanadas, pasteles de diferentes sabores, entre otros, en casi cualquier lugar del país generalmente preparados por una persona en un restaurante, un bar o hasta en la calle, pero pocas veces las personas se cuestionan si este alimento carece o no de higiene y asepsia, o si nos están brindando un alimento fresco o precalentado. Generalmente cuando una persona quiere comer un alimento como una empanada es por un antojo, o un pasabocas antes de cualquier comida del día, pero es claro que un alimento como una empanada no se puede conseguir las 24 horas del día con la misma higiene y la frescura. Este trabajo está enfocado en poder proporcionar un alimento precocido como una empanada a cualquier hora del día y de la noche, obteniendo siempre la misma higiene y frescura, además de estas ventajas, con este trabajo se combina el funcionamiento óptimo de una freidora domestica con el funcionamiento de una máquina dispensadora usual de bebidas o alimentos en paquete. Siendo este un prototipo innovador que hasta el momento ninguna otra máquina conocida se acerca o se homologa en Colombia. Este prototipo es totalmente automático en todos sus procesos, la máquina tiene la capacidad de recibir dinero, proporcionar sabores diferentes de empanadas, y lo más importante proporcionar y freír un alimento fresco e higiénico. Este prototipo es dirigido hacia cualquier persona joven o adulta que quiera comer una empanada a cualquier hora del día. Teniendo la posibilidad de poderse instalar en cualquier establecimiento público como una universidad, un centro comercial o un parque de diversiones entre otros.

1. ANTECEDENTES Y MARCO REFERENCIAL Día a día se puede encontrar gran variedad de alimentos precocidos, los cuales son consumidos en todos los estratos y/o clases sociales de la sociedad. La preparación de este tipo de alimentos todavía se hace de forma manual, en donde una persona coloca el producto en una canastilla metálica, luego lo sumerge en un recipiente con aceite (freidora) a una temperatura moderada, y después de su cocción, lo retira manualmente de la canastilla para entregarlo al consumidor final, generándose en ciertas ocasiones un producto que ha superado su punto óptimo de freído. En la cocción manual de alimentos precocidos se pueden evidenciar varios factores que alteran la calidad y frescura del producto, pero sin lugar a duda las freidoras y tiempos de cocción juegan un rol muy importante para disfrutar de un producto final exquisito. En la actualidad, por cuestiones de tiempo y gustos, estos alimentos se consumen cada vez más por su sabor, bajo costo y su tiempo de preparación, encontrando que en todos los establecimientos que venden estos productos requieren de una persona y el mismo tiempo de cocción calentando el producto, pues a veces ni siquiera los preparan, sólo distribuyen y en muchos casos es un producto viejo, frío, y de baja calidad. La implementación de esta máquina prototipo permitiría tener un acceso más rápido aun en lugares públicos en los que se tiene que hacer fila para esperar un turno, oficinas o entidades de educación sin la necesidad de tener un establecimiento y una persona que preste el servicio y la atención requerida.

1.1“VENDING” EN COLOMBIA Las máquinas “vending” o dispensadoras son cada vez más usadas en el país y en el mundo para la distribución de golosinas, bebidas, alimentos y demás productos que se pueda imaginar con la gran ventaja de ser una máquina automática que trabaja las 24 horas del día sin necesidad de un trabajador. “El mercado del vending avanza en el país y surge como una nueva posibilidad de negocio dentro del sector institucional, Quien posee una “vending” en su negocio tiene un “vendedor” activo que no duerme, que no recibe salario y que no reclama sus prestaciones sociales. El proveedor de la máquina es quien se encarga de hacerle mantenimiento técnico, surtirla.

Para empresas de catering, bares, restaurantes u hoteles el vending es una alternativa más de prestar un buen servicio a sus clientes, además de completo, pues estas máquinas complementan el portafolio de productos que dichos establecimientos pueden brindar a sus comensales.” (REVISTA LA BARRA, 2007) El “vending” es una gran posibilidad para mejorar el servicio de muchos establecimientos en Colombia e innovar con máquinas que realicen procesos cada vez más complejos y de mayor influencia en el mercado.

1.2 NORMAS DE HIGIENE, SANIDAD Y SEGURIDAD EN ALIMENTOS De la importancia que se dé a la higiene de los alimentos y de las instalaciones o estructuras se desprenden varias consecuencias, no sólo referentes a la obtención de un certificado de funcionamiento de las distintas secretarías locales de salud, sino de la calidad de su servicio y, en últimas, del bienestar de sus clientes. Por ejemplo, en Nueva York el control ha llegado a tal punto que cualquier ciudadano puede acceder a la página de Internet del departamento de salud de la ciudad, digitar el nombre del restaurante que piensa visitar y averiguar cómo le fue en la inspección sanitaria y cuáles fueron sus faltas, si las tuvo. (NEW YORK CITY HEALTH, 2014) En Colombia las pautas sanitarias las impone el decreto 3075 de 1997 con el INVIMA como entidad encargada de se cumpla dicho decreto, también se recomienda seguir algunas pautas de seguridad y sanidad expuestas a continuación: Decreto 3075: Es la normativa colombiana que regula todas las actividades que puedan generar factores de riesgo por el consumo de alimentos. Es de obligatorio cumplimiento por todas las instituciones que hagan parte de la cadena de alimentos. (INVIMA, 2009) Buenas prácticas de manufactura (BPM): Son los principios básicos y prácticas generales de higiene en la manipulación, preparación, elaboración, envasado, almacenamiento, transporte y distribución de alimentos para consumo humano, con el objeto de garantizar que los productos se fabriquen en condiciones sanitarias adecuadas y se disminuyan los riesgos inherentes a la producción. (REVISTA LA BARRA, 2007) 5

HACCP o APPCC: Hazard Analysis and Critical Control Points o Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control. Como instrumento de gestión de la inocuidad de los alimentos, el sistema de HACCP aplica el procedimiento de controlar los puntos críticos en la manipulación de alimentos, con el fin de prevenir problemas de inocuidad. El sistema de HACCP identifica los peligros específicos y las medidas de control necesarias para garantizar la inocuidad de los alimentos. Cada plan de HACCP es específico para un alimento y un tipo de elaboración en particular. (EROSKI CONSUMER, 2014)

1.3 SEGURIDAD EN MÁQUINAS EXPENDEDORAS DE ALIMENTOS En Colombia aún no se cuenta con una normatividad para las máquinas expendedoras de alimentos, pero internacionalmente si existen varias normas que dan las pautas para instalar estas máquinas con seguridad. Una de las grandes ventajas de las máquinas expendedoras de alimentos sobre otros sistemas de venta es la enorme disponibilidad de sus productos, tanto en el tiempo (venta las 24 horas del día durante los 7 días de la semana todo el año), como en el espacio, ya que pueden colocarse prácticamente en cualquier lugar, desde el hall de un hotel, una oficina, un colegio, un centro deportivo, un hospital entre otros. El principal peligro que compromete la seguridad alimentaria de los productos distribuidos a través del "vending" es la contaminación microbiana, tanto alterantes como patógenos. Esta contaminación es consecuencia de la conservación a temperaturas inadecuadas. Otro peligro asociado es la contaminación tanto biológica como química, e incluso física, ocasionada por el mal estado de conservación e higiene de este tipo de máquinas. (EROSKI CONSUMER, 2010) En España se tiene una reglamentación para evitar estos peligros, para esto se tiene en cuenta unos requisitos imprescindibles cumpliendo las normativas correspondientes, tanto en lo relativo al tipo de producto específico como en el ámbito general alimentario. Uno de estos requisitos se refiere a los productos alimenticios, que se mantendrán a las temperaturas reglamentarias que garanticen su correcta conservación. Además, se renovarán con la frecuencia necesaria, teniendo en cuenta su fecha de caducidad o de consumo preferente para evitar ofrecer productos fuera de los márgenes de seguridad. Los envases o embalajes de los productos que lo requieran responderán a sus necesidades específicas y se ajustarán a la normativa en cuanto a materiales, etiquetado y listado de ingredientes se refiere. Todo ello irá unido al mantenimiento de unas perfectas condiciones que garanticen la protección y 6

conservación del alimento. Para asegurar la correcta higiene de las máquinas, su titular elaborará y aplicará un programa de limpieza y desinfección que se llevará a cabo dentro de los parámetros que se establecen en la legislación. Por otra parte, el diseño de las máquinas facilitará su limpieza periódica y no deberá suponer, en ningún momento, por la naturaleza de sus materiales, una potencial fuente de contaminación de los alimentos almacenados. En la parte exterior de las máquinas, en un lugar visible y de forma claramente legible, se indicará el nombre y dirección de la persona o empresa responsable de su abastecimiento y mantenimiento. El mantenimiento de la máquina expendedora debe asegurar su correcto funcionamiento en todas sus funciones, de tal forma que se garantizarán unas óptimas condiciones de conservación y elaboración, si fuera el caso, de los alimentos allí expuestos. (reglamentación técnico-sanitaria sobre condiciones generales de almacenamiento (no frigorífico) de alimentos y alimentarios, DECRETO 706/1986 ESPAÑA)

1.4 CLASES DE FREIDORAS En este proyecto se utilizó el principio de una freidora doméstica y mecanismos usados en máquinas dispensadoras, lo cual garantiza un producto final de buena calidad. Por esta razón se ha recurrido a escrutar información de diferentes freidoras domesticas e industriales, y máquinas dispensadoras que se encuentran actualmente en el mercado. A continuación se presentan algunas de estas máquinas:

Figura 1. Freidora común industrial Fuente: (MOBILIARIO RESTAURANTERO, 2014) 7

Existen principalmente dos tipos de freidoras: las comerciales que son de uso doméstico y las industriales que están fabricadas para restaurantes, bares y algunos establecimientos similares. Cuando se habla de freidoras, es fundamental que cada alimento pueda prepararse a una temperatura adecuada, y de esta forma se pueda obtener su mejor preparación, color, textura y sabor. Por ello sin importar el tipo de freidora, siempre será una ventaja que cuente con un regulador de temperatura que permita seleccionar varios grados de temperatura y no solamente temperatura baja o alta. Actualmente se pueden conseguir en los diferentes mercados y almacenes de cadena freidoras domesticas e industriales.

1.4.1 FREIDORAS DOMESTICAS Las freidoras domesticas son las que usualmente se encuentran en las cocinas de casa. Generalmente son eléctricas y utilizan como fuente de calor una resistencia eléctrica controlada por un termostato ajustable a la temperatura deseada. Los modelos eléctricos son populares en el mercado doméstico por su movilidad, ergonomía y bajo consumo. Otra ventaja de estas freidoras es que se tardan poco tiempo en recuperar la temperatura entre una cocción y otra, manteniendo más estable el punto óptimo de cocción. Actualmente existen freidoras que han mejorado la eficiencia energética gracias a que utilizan nuevos sistemas de transferencia de calor y control de temperatura.

Figura 2.Freidora eléctrica domestica Fuente: (OSTER LATINOAMERICA, 2010) 8

1.4.2 LAS MEJORES FREIDORAS DOMESTICAS Para seleccionar la mejor freidora doméstica se necesita tener en cuenta factores como garantías, calidad, rangos de temperatura, capacidad volumétrica de alojamiento de aceite, rapidez de calentamiento entre otras cualidades esenciales. Para investigar un poco más de cuales son la mejores freidoras y de que marcas se recurrió a escrutar información de un estudio de la revista Consumer España donde se han analizado ocho freidoras de diferentes fabricantes, con precios al público en promedio de $185.000 COP, capacidades cercanas a los 4 litros de almacenamiento de aceite, y con principio de funcionamiento eléctrico, es decir, mediante resistencias eléctricas controladas por un termostato. En el análisis publicado en la revista, se incluyeron fabricantes y/o marcas como PHILIPS, TEFAL, FAGOR, UFESA, SOLAC y TAURUS, y se llevó a cabo un minucioso análisis de funcionamiento de cada una basándose en factores importantes como: • • • •

Seguridad del consumidor Información al consumidor con respecto a las etiquetas, garantías e instrucciones de uso. Características Técnicas como Potencia (W), Peso (kg), Capacidad de Aceite (L) y controles de temperatura. Aptitudes de usos como ergonomía, mantenimiento, limpieza, rapidez en el calentamiento y enfriamiento entre otras.

Figura 3.Freidora eléctrica PHILIPS Fuente: (EROSKI CONSUMER, 2002)

El análisis del estudio arrojo los siguientes resultados: •

• • •

•

La freidora más económica es Philips y las más costosa Tefal, estas son las de mejor calidad basándose en las características técnicas, su seguridad de funcionamiento y los resultados de uso en las pruebas de laboratorio. La freidora Philips HD-6110 es la mejor en relación calidad-precio. La calidad de las ocho es al menos aceptable. Las freidoras Taurus Star-3 y Ufesa FR-1230 no cumplen la norma de seguridad, debido a deficiencias de fabricación que pueden ser poco importantes. Las freidoras de marca Tefal y Philips, se destacaron por sus características funcionales, con base a la ergonomía, mantenimiento, limpieza, aspectos estéticos, protección de mandos, manual de uso, rapidez de calentamiento y enfriamiento, precisión del termostato, calidad de fritura y consumo eléctrico. Las más ergonómicas fueron Fagor F-5220, Taurus Prof-3 y Ufesa FR1230, por sencillas de manejar, por incorporar tres soportes de plástico (dos para el transporte y uno para la tapa) y por su tamaño. En consumo eléctrico, las más austeras fueron Philips, Fagor, y Ufesa FR1515. (EROSKI CONSUMER, 2002)

1.5.3 FREIDORAS INDUSTRIALES

Figura 4.Freidora Industrial a Gas Fuente: (FREIDORAS PALLOMARO, 2012) 10

La freidora industrial es utilizada en el mundo de la hostelería, es decir en establecimientos como restaurantes, bares, entre otros. Se dice que es industrial porque está diseñada para freír en grandes cantidades. Una freidora industrial se encuentra básicamente en dos tipos, la freidora industrial a gas y la freidora industrial eléctrica. Las freidoras de gas basan su funcionamiento en el gas propano o gas natural, presentando muchas ventajas energéticas y cuantitativas con respecto a las eléctricas, como por ejemplo, la mayoría de estas poseen sistemas de inyección de calor dentro del aceite especialmente diseñados para conservar una temperatura precisa y uniforme en la freidora. Las freidoras eléctricas basan su principio de funcionamiento en resistencias eléctricas controladas por termostatos, o comandadas por el usuario. Actualmente las freidoras industriales son cada vez más modernas, y utilizan materiales resistentes a la corrosión muy duraderos. Estas ya cuentan con zonas de filtrado de aceites y zonas frías para optimizar la duración del aceite, además de controles y sensores más precisos con respecto a la graduación de temperaturas y tiempos de cocción. Fabricantes de freidoras industriales existen muchos de origen nacional e internacional, con diferentes diseños y capacidades adecuándose a las necesidades del mercado. Por ejemplo se tiene la freidora ZF-70 de fabricación Mexicana marca SAN-SON que cuenta con las siguientes especificaciones:

Figura 5.Freidora ZF-70 Fuente: (FREIDORAS SAN-SON, 2014) 11

Características: • •

• • • • • • • • • •

5 Quemadores de erro fundido de 30000 BTU/hr c/u, con garantía de 5 años. Cuerpo en acero inoxidable. Tina de acero inoxidable con 3 zonas. Tubos intercambiadores de calor de acero. Válvula Milivolt. Termostato. Válvula de extracción de aceite. Patas ajustables. 2 canastillas niqueladas. Usa 33 lts. de aceite. Tina con 5 años de garantía. Recuperación inmediata de temperatura, zona fría con capacidad para freír 36 kg de papa congelada por hora.

(FREIDORAS SAN-SON, 2014)

1.5.4 FREIDORAS INDUSTRIALES COMPACTAS

Figura 6.Freidora Industrial compacta Fuente: (EURO CHEF, 2014) 12

En el mercado de las freidoras eléctricas industriales existen las freidoras compactas que son actualmente las más modernas debido a sus controles automáticos y su tamaño compacto, pues generalmente solo se necesita programar el tiempo de cocción, insertar el alimento en la freidora, esperar a la cocción y posteriormente la máquina dispensara el alimento. Generalmente estas freidoras son usadas en lugares cerrados donde no se cuenta con ductos de extracción de humos. Las freidoras cuentan con un diseño compacto, pero especializado en la cocción de alimentos precocidos de cualquier tamaño, forma y sabor. Una de las mayores ventajas que ofrecen estas freidoras es que son tan automatizadas que sus fabricantes afirman que no se necesita personal calificado para el manejo de estas. (EURO CHEF, 2014) Cabe resaltar que estas freidoras compactas últimamente son muy usadas por las grandes empresas en Colombia que se dedican a la venta de empanadas como por ejemplo Típicas Empanadas.

1.6 DISPENSADORAS DE ALIMENTOS

Figura 7.Máquinas dispensadoras de snacks y bebidas Fuente: (AUTO SNACK, 2013) 13

Las máquinas dispensadoras se están convirtiendo en un escenario común dentro de las empresas, instituciones, aeropuertos, o lugares que por el alto flujo de personal requieren de una oferta permanente de comidas y bebidas para el rápido acceso. En Colombia, existe una variedad de máquinas de pasabocas de paquete (snacks), café, bebidas y helados que le permiten al usuario calmar el hambre o un antojo con productos de fácil consumo, ligeros y económicos. Aunque el diseño exterior de las máquinas dispensadoras no presenta muchos cambios, a nivel tecnológico han tenido una gran evolución, especialmente en lo que se refiere a medios de pago. Hoy es posible que un empleado compre en la máquina dispensadora con su carné empresarial, por medio de una recarga previa de dinero y en algunos países el consumidor tiene la posibilidad de pagar con tarjeta débito o crédito. La refrigeración es también un avance notorio en la tecnología para las máquinas. En vista de que existen dispensadoras de productos lácteos y de bebidas, es necesario que éstas se mantengan refrigeradas, por lo cual, algunas máquinas deben manejar diferentes temperaturas. Una máquina dispensadora comercial tiene, en promedio, una capacidad para 500 productos, dependiendo del tipo de alimento y del espacio que ocupa. (AUTO SNACK, 2013)

1.7 MAQUINAS DISPENSADORAS DE ALIMENTOS CALIENTES En el mercado actual de nuestro país todavía no se ve una máquina que dispense alimentos calientes, pero si se puede encontrar en la actualidad máquinas que dispensan bebidas calientes y otras que se ven en Europa, Norteamérica y Asia que pueden entregar alimentos frescos y calientes como pizzas y sándwiches, a continuación se muestran algunas máquinas dispensadoras de productos calientes y su funcionamiento:

MAQUINAS DE CAFÉ EXPRESS

Figura 8.Máquina de café express Fuente: (Forum del cafe, 2013) Esta máquina de café permite disponer de forma constante y automática de las condiciones necesarias para la producción continuada de tazas de café. El sistema está formado por una caldera generadora de agua caliente y vapor, con un sofisticado equipo de control y seguridad. La caldera de una máquina de café es un recipiente a presión, que debe garantizar con seguridad la producción de vapor y el calentamiento constante para que tanto en bajas o elevadas extracciones de cafés y vapor, mantenga su estabilidad térmica. La operación de la máquina está controlada por diferentes sistemas internos para garantizar una extracción óptima de café. (Ver anexo G). Los sistemas con los que cuenta la máquina son: •Sistema hidráulico: Bomba de agua, válvula de expansión/retención, contadores volumétricos, inyectores, válvula de vacío, grupos de café. •Sistema Eléctrico: Motor, resistencia, pulsadores, interruptores, pilotos luminosos. •Sistema Electrónico: Centralita, visualizadores. •Elementos de Control: Manómetro de presión de caldera y presión de bomba, sondas de nivel de agua. 15

• Elementos de Seguridad: Válvula de seguridad homologada por el fabricante. Aunque el diseño, funcionamiento y prestaciones de las máquinas exprés han evolucionado mucho desde su invención en el año 1901, lo cierto es que estos equipos no son de los que presentan cada año más novedades, tecnológicamente hablando. Una de las innovaciones más “recientes” y reconocidas en los últimos tiempos, por ejemplo, data de 2001. Se trata de las máquinas de grupos y calderas independientes (Sistema Pronta o “Multiboiler”). En estas máquinas, cada grupo dispone de su propia caldera, pudiendo regular la temperatura de cada grupo adaptándola a cada tipo de café. También disponen de un interruptor ON/OFF para encender o apagar cada uno de los grupos, dependiendo de la demanda de cafés, reduciendo así el consumo de energía en las horas de menor demanda. (Forum del cafe, 2013). MAQUINA EXPENDEDORA DE SANDWICHES Otro ejemplar es esta máquina automática que tuesta y expende sándwiches, pizzas y hasta hamburguesas.

Figura 9.Máquina de vending para sándwiches Fuente: (Vending Eureka, 2014) 16

Esta máquina es capaz de realizar el tostado de un sándwich de hasta 11 x 11 cm en tan solo 60 segundos, debido a que para este proceso posee unas planchas tostadoras controladas por termostato para entregar un producto caliente, natural y fresco. La máquina almacena el producto refrigerado entre 0 y 5 grados Celsius, cada sándwich esta envasado cumpliendo la normatividad e higiene de los alimentos. En cada envase el usuario podrá encontrar los ingredientes, fecha de caducidad y su respectivo registro de sanidad. Esta máquina tiene una construcción robusta y fiable, cumple la normativa europea teniendo una tensión de alimentación de 220 VAC 50 Hz y una potencia de 1.5 KW. Sus dimensiones aproximadas son alto 1.850 mm, ancho 995 mm, fondo 960 mm y un peso de 375 kg. (Ver anexo H) MAQUINA EXPENDEDORA DE PIZZAS HORNEADAS

Figura 10.Máquina expendedora de Pizzas horneadas Fuente: (LET'S PIZZA SPAIN, 2014) 17

Esta máquina expendedora de pizzas es tal vez una de las más avanzadas en el ámbito del vending,pues además de ser robusta y automática es muy rápida para mezclar los ingredientes ,hacer la masa, incorporar los ingredientes seleccionadas y hornearla, todos estos pasos tan solo le toman 2.50 minutos. La máquina tiene incorporada una ventana por la que el cliente puede seguir todo el proceso de elaboración, de hecho, su creador manifiesta que ese es uno de los atractivos que logra captar la atención de los consumidores. En Italia el invento ha causado gran revuelo y por supuesto oposición en quienes se dedican al mundo de las pizzas, ya que este sistema de venta permite ahorrar dinero al consumidor. El principio de funcionamiento de la máquina parte de realizar una masa con agua y harina para después amasar y estirar con sus propios mecanismos, posteriormente añade los ingredientes seleccionados por el usuario y para terminar realiza la cocción de la pizza con un moderno sistema de infrarrojos que logra una óptima cocción. Algunas de las características técnicas son: • • • • • • •

Tipo de alimentación eléctrica: Monofase (220-240 V/50-60 Hz) Potencia máxima: 6.5 kW Peso total: 750 kg Dimensiones máximas:(alto x largo x profundidad): 1980x4000x1280 mm Tiempo de precalentamiento: 4 min Tiempo de preparación de la pizza: 2,50 min Homologaciones internacionales: CE, CB, GOST, INMETRO, NSF

Además de todas estas características la máquina ofrece la facilidad de pago con monedas, billetes y hasta tarjetas de crédito, actualmente la máquina está disponible para Europa. (LET'S PIZZA SPAIN, 2014) 1.8. EMPANADA Se eligió la empanada como elemento precocido,para preparar en la máquina prototipo que se desarrolló, debido a que es un producto versátil y que no se encuentra en el mercado una dispensadora por el estilo. Una empanada es una fina masa de pan, masa quebrada u hojaldre rellena con una preparación salada o dulce y cocida al horno o frita en aceite o grasa. El relleno puede incluir carnes rojas o blancas, pescado, verduras o frutas. La masa, generalmente, es de harina de trigo aunque también puede usarse harina de maíz u otros cereales y suele llevar alguna grasa, como aceite o manteca.Las empanadas son un plato tradicional de la mayoría de las cocinas de los países de habla hispana. (CARLOS MORON, 1996) 18

1.8.1 EMPANADA EN COLOMBIA

Figura 11.Empanadas preparadas en Colombia Fuente: (CAICEDONIA RED Y ACCION, 2013) Conocidas desde la época colonial en Colombia, poco a poco fueron incorporándo a su elaboración los ingredientes de los habitantes originarios de esta tierra, obteniendo un carácter relativamente homogéneo que les permitió volverse sinónimo de la cultura culinaria colombiana. Es por ello que en cada región se hacen empanadas elaboradas con masas de harina de trigo o de maíz, y los rellenos varían entre puré de papa con carne molida, queso, calabaza, dulce de ahuyama o guisos salados de carne, pollo, arroz cocido y alguna verdura. Son pequeñas, para una persona y su forma en media luna es común para todas las regiones, resultante de doblar la masa delgada cortada en circunferencia, con el relleno en el medio, y puestas a freír en aceite caliente. A continuación se muestran algunas preparaciones y ejemplos de diferentes regiones en Colombia: Costa Caribe. Se hacen de masa de maíz amarillo o blanco o de harina de maíz hidratada. Se rellenan con queso costeño, carne molida o pollo, principalmente, y se fríen en abundante aceite.

Santander. Las empanadas santandereanas se caracterizan por tener masa de harina de trigo. El relleno tradicional es con arroz, carne molida y un poco de cilantro, siendo estas las llamadas empanadas de carne. Adicionalmente, se pueden conseguir las empanadas de masa de yuca, tradicionalmente rellenas con arroz y carne molida o con arroz y pollo y tambiĂŠn pueden llevar huevo duro picado.

Figura 12.Monumento a la Empanada (Caicedonia) Fuente: (CAICEDONIA RED Y ACCION, 2013) Valle del Cauca. Por ser un alimento muy popular en Caicedonia, municipio del departamento del Valle al occidente de Colombia, sus habitantes construyeron un monumento en su honor. (CAICEDONIA RED Y ACCION, 2013) Cauca. En el departamento del Cauca, particularmente en PopayĂĄn (capital del departamento), son famosas las empanadas de pipiĂĄn, que se rellenan con un guiso del mismo nombre, este consiste en una mezcla de papas coloradas, y un guiso muy popular llamado hogao a base de tomates, cebollas y otros ingredientes. (CABRERA, 2004) 20

1.8.2. PROCESO DE COCCION DE LA EMPANADA

Figura 13.Empanadas antes de cocción. Fuente: (PAINBROT, 2014) Para realizar la cocción de una empanada se necesita tener la empanada fabricada con el guiso interno precocido, muchas veces la cocción de la empanada no se realiza inmediatamente, por lo que hay que guardarla en el refrigerador hasta el momento de la cocción. Usualmente el proceso de cocción de una empanada a nivel industrial o doméstico, necesita la supervisión y manipulación de una persona para disfrutar de un producto final exquisito. Para iniciar el proceso de cocción se necesita tener una freidora sumergida en un recipiente con un depósito de aceite caliente, generalmente a 180°Celcius aproximadamente, posteriormente se deposita la empanada precocida en la freidora por un tiempo aproximado a tres minutos o hasta que el color de la masa de la empanada sea de apariencia dorada. Después de este tiempo la empanada ya cumple con el proceso de cocción y está lista para ser consumida. (CABRERA, 2004)

2. ACEPTACION DEL PROTOTIPO Para saber el comportamiento de las máquinas dispensadoras en el mercado se realiza una encuesta para conocer la aceptación de los posibles lugares donde se puedan ubicar las máquinas dispensadoras y el número potencial de clientes. UNIVERSO El universo de la investigación va dirigido a la cantidad de habitantes de Bogotá D.C. entre 10 y 79 años que son los clientes potenciales del producto en hospitales, entidades educativas y centros comerciales. TAMAÑO DE LA MUESTRA. El tamaño de la muestra se determina de acuerdo al tamaño de la población, en este caso es una población grande (infinita) por ser más de 100.000 habitantes, para determinar el tamaño de la muestra se usa la siguiente fórmula: Dónde:

∗ ∗ z = Valor de z correspondiente al nivel de confianza: En este caso se opera con z=2 (dos sigmas) correspondiente al 95,5% (aproximadamente, α= 0,045). pq = Varianza de la población: Como la varianza de la población se desconoce, se pone la varianza mayor posible porque a mayor varianza hará falta una muestra mayor. (pq=0,25). e = Error muestral (e=5%). (Universidad Pontificia Comillas • Madrid • Facultad de Humanidades , 2012) Al desarrollar la fórmula se tiene que: 2 ∗ 0,25 400 0,05

El número de personas a encuestar es de 400. 22

2.1 ELABORACIÒN DE LA ENCUESTA. La encuesta cuenta con 5 preguntas que permitirán identificar las personas que consumen productos en máquinas dispensadoras (vending) y estarían dispuestas a utilizarlas para comprar empanadas, saber qué factores son importantes para la gente a la hora de comprar comida rápida y en qué lugares les gustaría encontrar la máquina.(Ver Anexo A) 2.1.1RESULTADOS DE LA ENCUESTA 1ª pregunta: ¿Ha utilizado máquinas dispensadoras de alimentos?

398

1ª PREGUNTA: Si

99%

Figura 14.Resultados Pregunta 1 Fuente: Autor

2ª pregunta: ¿Con qué frecuencia come empanadas? No consume

1 o 2 a la semana 11 1 diaria

236

Más de una diaria 148

2ª PREGUNTA: No consume

1 o 2 a la semana

1 diaria

Más de una diaria 1% 3%

37%

59%

Figura 15.Resultados Pregunta 2 Fuente: Autor 3ª pregunta: ¿Le gustaría consumir empanadas que fueran cocinadas y entregadas por una máquina? Si

372

No 28

3A PREGUNTA: Si

93%

Figura 16 Resultados Pregunta 3 Fuente: Autor 4ª pregunta: ¿En qué lugares le gustaría encontrar una máquina dispensadora de empanadas?

Colegios y/o universidades

Centros Comerciales

Clínicas y hospitales.

Todos los anteriores.

294

Otros, Cuál?

15 (oficinas, locales, discotecas)

4A PREGUNTA: Colegios y/o universidades

Centros Comerciales

Clínicas y hospitales.

Todos los anteriores.

Otros, Cuál? 4%11% 8% 3%

74%

Figura 17.Resultados Pregunta 4 Fuente: Autor 5ª pregunta: ¿Al momento de comprar empanadas, que es más importante para usted? (Máximo dos respuestas)

Tiempo de preparación

Calidad e higiene

276

El sabor

219

La marca o fabricante de los productos

5A PREGUNTA: Tiempo de preparación

Calidad e higiene

El sabor

La marca o fabricante de los productos 3% 4% 41% 52%

Figura 18.Resultados pregunta 5 Fuente: Autor

2.2 INTERPRETACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. De acuerdo a los datos obtenidos con la encuesta se puede ver la tendencia de la gente a usar cada vez más las máquinas “vending” con un 99% de la gente que alguna vez ha adquirido algún producto con estas máquinas, esto es bueno porque cada vez se empieza a usar este tipo de máquinas para dispensar y distribuir gran variedad de productos como se puede ver en Japón en donde se encuentra casi cualquier producto comercializado de esta manera, mientras que en Colombia así sea extenso el uso de estas máquinas, en estas solo se encuentran bebidas y alimentos de paquete o golosinas en su gran mayoría. Se ratifica que las empanadas son un producto que se consume diariamente con un 99% de la gente que consume empanadas y el 37% más de una diaria, de ahí la oferta de este en casi cualquier establecimiento; teniendo en cuenta que las empanadas son un producto con alta demanda se ve como al 93% de la gente no le disgusta la idea de adquirir una empanada por medio de una máquina “vending” que las cocine y dispense dándole fuerza al proyecto y viabilidad a la idea. Esto conlleva a mirar en qué lugares tendría mayor aceptación la máquina y a la gente le gustaría encontrarla, como se había planteado inicialmente se confirma que en entidades educativas, en hospitales y centros comerciales es un buen sitio para ubicar las máquinas con un 74% de personas a las que les gustaría encontrar la máquina en estos lugares y un 4% que pone como opciones poner la máquina en oficinas y discotecas; con la última pregunta entran a discusión los aspectos principales que debe tener la máquina para tener buena aceptación y sin restarle importancia a otros factores se ve como a la gente a la hora de adquirir un 27

producto alimenticio se fija en la calidad y el higiene del producto además de su sabor, esto es bueno pues una de las principales características que se quiere de la máquina es no tener intervención humana obteniendo un producto uniforme, de buena calidad y sin riesgos de contaminación o suciedad. 3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL. Diseñar y construir una máquina prototipo dispensadora de empanadas de forma tal que se garantice la entrega de un alimento fresco que satisfaga las necesidades el usuario final. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

•

Desarrollar un sistema autómata para lograr la cocción del alimento precocido y la entrega del mismo al usuario final.

•

Diseñar y construir la estructura de la máquina dispensadora de empanadas teniendo en cuenta los materiales que se utilizan en la industria de alimentos.

•

Elaborar el sistema de control automático de la dispensadora de empanadas, con visualización del proceso en tiempo real.

•

Diseñar el sistema de extracción para vapores y olores ocasionados por el proceso de cocción de la empanada.

4. DISEÑO DEL PROTOTIPO. El prototipo que se va a implementar debe ser de fácil transporte por lo cual no deben tener gran tamaño, la máquina debe tener compactos todos sus sistemas para el debido funcionamiento, hermético y de baja contaminación auditiva y ambiental. El prototipo trabajará automáticamente sin la intervención o supervisión de una persona encargada, solo necesitará de un mantenimiento diario en el que la máquina se limpiara y se abastecerá del producto. En este capítulo se analizan los requerimientos necesarios para el diseño de la máquina dispensadora; los cuales son: 28

Producto a dispensar. Capacidades de la máquina o Almacenamiento o Producción. Variables de operación. Materiales. Sistema de control. Fuente de energía.

4.1 PRODUCTO A DISPENSAR Para el diseño de la máquina se van a dispensar empanadas de carne y pollo pre cocidos que tienen en promedio 110 mm de largo por 50 mm de ancho y un espesor de 22 mm con una masa de 49 g aproximadamente. De los cuales 30 g son de relleno de carne de res y cubierta de masa de maíz amarillo; como se muestran en la figura 19.

Figura 19 Muestra de empanadas Fuente: (instrucciones y pasos.com, 2008) La empanada además de sus ingredientes principales contiene papa, agua, aceite vegetal desodorizado, sal, especias y tartrazina como colorante, además trae benzoato de sodio como conservante. 29

4.1.2 CAPACIDADES DE LA MÁQUINA 4.1.2.1 CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO. Uno de los parámetros más importantes para el diseño de la máquina es la demanda que implicará poner la máquina de acuerdo a su ubicación, como se dijo anteriormente la máquina puede ubicar en instituciones académicas y/o centros comerciales y/o centros médicos, apoyado en estudios de factibilidad y en el estudio de mercado en un lugar de alta afluencia se venden alrededor de 150 a 200 empanadas diarias; pero para el diseño de este prototipo se tomará el máximo de 64 empanadas de almacenamiento y un reabastecimiento de las mismas diariamente.

4.1.2.2 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN. Para que la máquina dispense el total de su capacidad de empanadas almacenadas necesitaría un tiempo de trabajo continuo de 147.2 minutos aproximadamente debido a que este prototipo solo podrá freír una empanada cada 2.30 minutos aproximadamente. Este prototipo está diseñado para un trabajo continuo de máximo 8 horas asumiendo cargues de 64 empanadas cada vez que se agoten.

4.1.3 VARIABLES DE OPERACIÓN Las variables del proceso son: • •

•

Temperatura de almacenamiento: Por recomendación del fabricante las empanadas se deben almacenar a 3° Celsius. Velocidad de dispensado por empanada (RPM del motor): Los Motores utilizados comercialmente para este trabajo son motores con reductor de engranajes, compactos y de revoluciones variables entre 40 y 120 RPM. Temperatura del aceite y tiempo de cocción: Tomando los datos de temperaturas de cocción en alimentos fritos se obtiene que las empanadas necesitan una temperatura de aceite entre 165 y 185 °C, duran cocinando 2.30 minutos aproximadamente lo cual se determinará experimentalmente para la condiciones óptimas del producto. 30

4.1.4 MATERIALES Los materiales utilizados para el diseño deben ser adecuados para el trabajo; principalmente están los aceros inoxidables austeniticos para las partes que tiene contacto directo o influyen en la calidad del producto alimenticio y aluminio para las partes complementarias que necesita la máquina para su correcto funcionamiento.

4.1.4.1MADERA En la industria no es común usar madera cuando hay fuentes de calor o de ignición cercanas debido a sus propiedades de combustible natural, pero en este prototipo se ha usado por una razón principal y es debido a su costo económico comparado con otros materiales como acero, hierro, aluminio entre otros. Este prototipo contara con paredes estructurales fabricadas en madera, debido a que éste es un producto estético elegido como base en muchos ámbitos, por sus propiedades naturales. Convirtiéndolo en un producto fácilmente transformable y procesable ofreciendo propiedades mecánicas envidiables, Entre todas las especies maderables fue escogida la madera de pino, ya que es la que proporciona la mejor aceptación de los tratamientos necesarios para alargar su vida útil.

4.1.4.2 METALES. En la construcción de esta máquina se usaran metales como el aluminio y acero inoxidable combinados con las propiedades de la madera de pino. En algunas partes especiales se usaran placas de vidrio para facilitar la visión y seguridad de la máquina. ALUMINIO El aluminio es un elemento químico metálico, de símbolo Al, número atómico 13, peso atómico 26.9815, que pertenece al grupo IIIA del sistema periódico. El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecánica, pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades útiles. Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fácil formación para muchos procesos de metalistería; son fáciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran variedad de acabados. Por sus propiedades físicas, 31

químicas y metalúrgicas, el aluminio se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso. El aluminio es el elemento metálico más abundante en la Tierra, pero nunca se encuentra en forma libre en la naturaleza. Se halla ampliamente distribuido en las plantas y en casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en forma de minerales de alúmina silicato. Cuando estos minerales se disuelven, según las condiciones químicas, es posible precipitar el aluminio en forma de arcillas minerales, hidróxidos de aluminio o ambos. En esas condiciones se forman las bauxitas que sirven de materia prima fundamental en la producción de aluminio.

Figura 20.Perfiles de Aluminio. Fuente: (DIRECT INDUSTRY, 2014) El aluminio se conoce por su alta conductividad eléctrica y térmica, lo mismo que por su gran reflectividad.Su aplicación en la construcción representa el mercado más grande de la industria del aluminio. Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas, pantallas, boquillas y canales de desagüe. Existen cientos de aplicaciones industriales del aluminio y sus compuestos, pero en esta ocasión se usaran perfiles curvos y rectos para la estructuras de unión de toda la máquina, además de estructuras externas e internas que servirán de soporte en diferentes partes de la máquina. (DIRECT INDUSTRY, 2014)

ACERO INOXIDABLE Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasiva, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles. Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criogénicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse. (Schmid, 2013) La clase de acero que se utilizara para este proyecto fue los de Serie 300 es decir los aceros inoxidables austeniticos. Estos son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varía de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%. Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317. Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a temperaturas elevadas. Sus principales aplicaciones son en utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y en la industria alimentaria, entre otros. (STEEL WORKS, 2013) Para el proyecto se usaran láminas de acero inoxidables por su conocido uso en la industria alimentaria debido a que no altera las propiedades organolépticas. (Sabor, olor, color, textura, apariencia), de los alimentos. Además de esto el acero inoxidable es un material higiénico debido a que tiene una óptima capacidad de lavado y en consecuencia, un elevado grado de eliminación de bacterias. Permite que se empleen diversos medios de lavado y descontaminación, aunque estos sean muy agresivos. 33

Los aceros inoxidables austeníticos también son tolerantes a un amplio rango de temperaturas que en la industria de alimentos van desde el cocimiento hasta el congelamiento. Estos tienen un buen desempeño a lo largo de muchos años, conservando su buena apariencia debido a que posee una capa pasiva con la propiedad esencial de auto regenerarse si recibe algún daño. (Aplica-inox, 2014)

4.1.5 SISTEMAS DE CONTROL El dispositivo controlador debe manejar variables como la de recibir dinero y su visualización al usuario a través de la pantalla de un computador, la activación y desactivación de los motores en el mecanismo de dispensado y entrega del producto. El control de temperatura será independiente al controlador de los mecanismos y demás actuadores. En la actualidad existen diversas clases de controladores electrónicos para comandar y accionar sistemas automáticos en cualquier proceso que se quiera optimizar. A continuación se describen los controladores más usados en la actualidad para procesos que se quieran automatizar: 4.1.5.1 LÓGICA CABLEADA La lógica cableada industrial consiste en el diseño de automatismos para realizar controles con circuitos cableados entre contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactores de potencia, relés temporizados, diodos, relés de protección, válvulas óleo-hidráulicas o neumáticas y otros componentes. Los cableados incluyen funciones de comando y control, de señalización, de protección y de potencia. (UNIVERSIDAD DE OVIEDO, 2002)

Figura 21.Lógica cableada en un tablero industrial. Fuente: (UNIVERSIDAD DE OVIEDO, 2002) La lógica cableada se usa para realizar tareas de forma secuencial, si se ha de realizar otra tarea será necesario realizar un nuevo diseño. Se emplea en automatismos pequeños, o en lugares críticos, donde la seguridad de personas y máquinas, no puede depender de la falla de un sistema de control. Componentes Básicos: •Relés y contactores •Mando manual •Funciones lógicas •Funciones de temporización •Protecciones y señalización 4.1.5.2 MICROCONTROLADORES Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior circuitos y funciones especializadas aplicables al diseño de sistemas mecatronicos.Esta compuesto por un microprocesador, memoria y unidades de 35

entradas y salidas, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado. Las principales ventajas de un microcontrolador son su bajo costo, versatilidad, facilidad de programación y su tamaño pequeño. Los microcontroladores son atractivos en el diseño de sistemas mecatronicos pues su pequeño tamaño y gran funcionalidad les permiten acoplarse físicamente en un sistema para realizar todas las funciones de control necesarias. (BLOG MICROEMBEBIDOS, 2013)

Figura 22.Microcontrolador PIC 18F4550 Fuente: (BLOG MICROEMBEBIDOS, 2013) Estos se usan en un amplio rango de aplicaciones, incluidos aparatos electrodomésticos, equipos de entretenimiento, equipos de telecomunicaciones, automóviles, aviones, juguetes y entre otras. En la actualidad existe una gran variedad de fabricantes de microcontroladores que cada vez mejoran sus productos con mayor velocidad, mayor memoria y más funcionalidad. En la Figura 23 se puede apreciar un diagrama de bloques de un microcontrolador típico con todos sus componentes característicos.

Figura 23.Componentes de un microcontrolador típico. Fuente: (BLOG MICROEMBEBIDOS, 2013) 4.1.5.3 AUTÓMATAS PROGRAMABLES (PLC). Un PLC (Programmer Logic Controller que en español se traduce Controlador Lógico Programable) o autómata programable es un equipo o máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real procesos secuenciales o combinacionales en un ambiente industrial. Los PLC se han popularizado en los últimos años y poco a poco están entrando en mercados como la demótica y aplicaciones sencillas como en máquinas de parqueaderos, máquinas dispensadoras y hasta máquinas de cobro automático en centros comerciales. El PLC nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por ende se puede afirmar que un PLC no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos de mando o auxiliares en un sistema automático.

Figura 24.PLC’s de varias clases y marcas. Fuente: (SIGMA IMECSA MEXICO, 2013) La arquitectura física de un PLC generalmente se encuentra de dos formas, es decir se puede encontrar un PLC compacto de tamaño pequeño con entradas y salidas fijas usadas para automatismos y aplicaciones muy sencillas. La otra forma se le conoce como PLC modular que consiste en módulos desmontables físicamente para expandir o disminuir el número de entradas y salidas en el PLC, estos usualmente se ven en aplicaciones industriales. Cuando se habla de PLC’s modulares hay que hablar del diseño europeo muy usado en aplicaciones industriales en donde cada módulo tiene una función particular (fuente de alimentación, E/S, CPU). (SIGMA IMECSA MEXICO, 2013) La estructura básica de cualquier autómata está representada por las siguientes partes: *Fuente de alimentación *CPU *Módulo de entradas *Módulo de salidas *Terminal de programación *Periféricos 38

Figura 25.Estructura Básica de un PLC. Fuente: (SIGMA IMECSA MEXICO, 2013) El uso del PLC desde sus inicios ha sido para usos industriales como: • • •

Control de movimientos en máquinas (avanzar, retroceder, girar, doblar, etc.) Procesos de manufactura, línea embotellado, embalaje, etiquetado, pesaje y dosificación. En procesos donde se requiera control lógico, como ascensores, hornos, bombas, semáforos, control de motores, lavadoras, grúas y en general procesos de producción periódicamente cambiantes, procesos secuenciales, procesos cambiantes entre otros.

Algunas de las ventajas más considerables de un PLC con respecto a los demás controladores son las siguientes: • • • • •

Posibilidad de hacer modificaciones sin costos adicionales, en otros componentes. Mantenimiento económico. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Posibilidad de controlar varias máquinas con un mismo autómata. Lenguajes de programación global y fácil de manejar. 39

•

El PLC es apropiado para aplicaciones industriales y no industriales.

Por estas ventajas que ofrece un autómata programable y por su costo versus beneficio ha sido escogido para esta máquina prototipo como el cerebro de toda la operación, además de que se le quiere de que proporcionara un ambiente industrial al prototipo. 4.1.5.4 TARJETAS EMBEBIDAS En el mercado actualmente se conocen como tarjetas BeagleBoard son el resultado de la fundación BeagleBoard.org que son un grupo de personas apasionadas a la programación y aprendizaje de código abierto, entre ellos varios empleados de Texas Instruments, interesados en la creación de dispositivos de gran alcance, abiertos, y embebidos CircuitCo Printed Circuit Board Soluciones de Richardson, TX es el fabricante principal de productos BeagleBoard.org, pero todos los diseños son completamente de código abierto y los componentes están disponibles para cualquier persona para la fabricación de hardware compatible. Los tarjetas Beagle Board son de bajo costo y poco robustas, son similares a una placa base de un computador con procesadores de baja potencia ,por ejemplo Texas Instruments ofrece el ARM Cortex de serie con toda la capacidad de expansión de las máquinas de escritorio de hoy, pero a más bajo costo. Inicialmente, el desarrollo se dirige a permitir a las distribuciones de Linux para mejorar la compatibilidad con dispositivos ARM. Con gran éxito y el apoyo de numerosas distribuciones de Linux, el desarrollo se ha enfocado en permitir la programación física simplificada en la avanzada interfaz gráfica de usuario habilitado y / o dispositivos de red habilitados con una experiencia de aprendizaje muy sencilla y soporte para entornos de desarrollo familiar a casi todos los desarrolladores, desde Ubuntu, QNX, Windows Embedded, Android y herramientas de la web. (ENGADGET ESPAÑOL, 2013)

Figura 26.El BeagleBone Black Fuente: (ENGADGET ESPAÑOL, 2013) Con una BeagleBoard se puede gobernar un microcontrolador para diferentes programaciones, o usarla para programar en diferentes códigos sistemas de control automatizados, con esta tarjeta se tiene un verdadero ordenador de bolsillo debido a su pequeño tamaño pero gran versatilidad para programar o controlar un proceso. 4.1.6 REFRIGERACIÓN La refrigeración es producir o mantener un medio a una temperatura inferior a la temperatura ambiente y tienes tres aplicaciones principales: • • •

Refrigeración para CONSERVACIÓN. Refrigeración para CONGELACIÓN. Refrigeración para CLIMATIZACIÓN. 41

Las dos primeras se aplican generalmente a alimentos, mientras que la última se refiere a la refrigeración de locales o vehículos para animales, personas o plantas. Estas aplicaciones se pueden clasificar en varias categorías: REFRIGERACIÓN DOMÉSTICA. Tiene un campo de aplicación relativamente limitada y trata principalmente de refrigeradores y congeladores domésticos. Sin embargo, debido a la cantidad de unidades en servicio, la refrigeración doméstica representa una porción muy significativa de la industria de la refrigeración. Las unidades domésticas son generalmente de tamaño pequeño, con potencias entre 40 W y 400 W. REFRIGERACIÓN COMERCIAL. Trata del diseño, instalación y mantenimiento de aparatos de refrigeración del tipo usado por almacenes y tiendas, restaurantes, hoteles e instituciones, para el almacenaje, exhibición, procesado y expedición de artículos de todos los tipos que estén sujetos a deterioro. REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL. Se confunde frecuentemente con la refrigeración comercial ya que la división de las dos áreas no se ha definido claramente. Por regla general, las aplicaciones industriales son de mayor tamaño y tienen la característica de requerir un operario para su atención. Entre las aplicaciones industriales típicas se encuentran: plantas de hielo, plantas empacadoras de alimentos (carne, pescado, aves, alimentos congelados, etc.), cervecerías, cremerías y plantas industriales tales como: refinerías de aceite, plantas químicas, plantas de hule, etc. REFRIGERACIÓN MARINA Y DE TRANSPORTE: Las aplicaciones que caen dentro de esta categoría, se pueden clasificar particularmente bajo refrigeración comercial e industrial. Sin embargo ambas áreas han crecido lo suficientemente para requerir mención especial. La refrigeración marina se refiere a refrigeración a bordo de barcos e incluye por ejemplo, refrigeración para botes de pesca y embarcaciones de transporte y de cargamento sujeto a deterioro, así como refrigeración de los almacenes del barco, en toda clase de embarcaciones. La refrigeración de transporte se refiere a los equipos aplicados a transportes de cargas y pasajeros. 42

ACONDICIONAMIENTO DE AIRE: Generalmente involucra el control no solamente de la temperatura del espacio sino también de la humedad y movimiento del aire dentro mismo, así como el filtrado y limpieza del mismo (Climatización). CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS. La conservación de alimentos se logra por medio del frío, ya que es uno de los métodos más extendidos para la conservación de los alimentos. El frío va a inhibir los agentes alterantes de una forma total o parcial. Las ventajas son numerosas, ya que permiten conservar los alimentos a largo plazo, principalmente a través de la congelación; debido a esto la disponibilidad de los alimentos es mayor y por tanto su precio es mucho menor. Los principales tipos de conservación a través del frío son dos: • •

La congelación. La refrigeración.

Para este prototipo se quiere implementar un sistema de refrigeración básico y económico. La refrigeración es un método de conservación que permite conservar los alimentos durante un tiempo relativamente corto (días-semanas). La temperatura de refrigeración reduce considerablemente la velocidad de crecimiento de los microorganismos termófilos y muchos de los mesófilos. (Erick Morales, 2012)

5. CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO 5.1 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS Para la construcción y funcionamiento óptimo del prototipo es necesario evaluar diferentes alternativas de los sistemas básicos que garantizan los procesos con los cuales se alcanza el producto final, dentro de estos sistemas se tiene: Sistema de almacenamiento y dispensado. Sistema de calentamiento. Mecanismo de la canastilla de freidora. 43

Para estos sistemas es necesario evaluar los diferentes mecanismos que sirven para realizar cada actividad.

SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y DISPENSADO. Alternativa N°1: Mecanismo de banda transportadora con módulos empujadores. Consta de una banda trasportadora con módulos en los que se encuentran las empanadas y es accionada con motores en los ejes de cada banda transportadora para hacer caer la empanada por uno de sus extremos.

Figura 27 Banda modular de empujadores Fuente: Autor Alternativa N° 2: Dispensador de bandeja con módulos y espiral. Consta de una espiral que contiene las empanadas acoplada a un motor que la hace girar y por cada vuelta esta desplaza una empanada fuera de la bandeja.

Figura 28.Dispensador de bandeja con modulo espiral Fuente: Autor 44

SISTEMA DE CALENTAMIENTO. Alternativa N°1: Calentamiento del aceite con Gas natural.

Figura 29. Fogón de gas natural Fuente: (Suplementos Corporativos, 2013) El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo (acumulación de plancton marino) o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se saca, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95%. (Suplementos Corporativos, 2013) Alternativa N°2: Calentamiento del aceite con una resistencia eléctrica

Figura 30.Resistencia eléctrica Fuente: (Repuestos mbt, 2014) 45

Generalmente estas resistencias calóricas son usadas en las estufas de cocina, funcionan a 110 VCA o 220 VAC, su potencia de trabajo esta usualmente entre 750W y 2000W. Esta funciona cuando se energiza, debido a que la energía eléctrica es conducida a través de ella. Esta conducción produce energía calórica, elevando de esta manera la temperatura de la resistencia. MECANISMO DE LA CANASTILLA. Alternativa N°1: Mecanismo con actuadores eléctricos. Consta de una canastilla que pivota en un actuador eléctrico, la canastilla tiene unos topes los cuales garantizan que cuando el cilindro este adentro la canastilla baje y se sumerja en el aceite y cuando el cilindro salga la canastilla se retire del aceite y esta se incline para que las empandas resbalen fuera de la canasta.

Figura 31.Mecanismo con canastilla pivotada Fuente: Autor Alternativa N°2: Mecanismo con motores y palancas. Consta de una canastilla sostenida por palancas y un actuador horizontal haciendo que la canastilla se sumerja y se retire del aceite, y cuando las empanadas estén listas un motor hará girar la canastilla completamente y dejando que las empanadas caigan por gravedad.

Figura 32.Mecanismos con motores y palancas Fuente: Autor Se realiza la evaluación de las alternativas, con base en los siguientes criterios de ingeniería: Montaje (MO) Desempeño (DE) Mantenimiento (MA) Accesibilidad de repuestos (AR) Costo (CO) Y a estos criterios se les da una importancia de 1 a 5 siendo la 5 la de mayor importancia para el prototipo y 1 la de menos importancia para el prototipo. Montaje (MO) – 3 Desempeño (DE)– 5 Mantenimiento (MA)– 4 Accesibilidad de repuestos (AR)– 4 Costo (CO)– 5 Se procede a realizar la calificación de las alternativas criterios de 1 a 10, siendo 1 la calificación más baja del criterio y 10 la calificación mayor.

SISTEMA A EVALUAR

Sistema de almacenamiento y dispensado

Sistema de calentamiento

Mecanismo de la canastilla

CRITERIO

ALTERNATIVA N°1

ALTERNATIVA N°2

Figura 33.Evaluacion Cualitativa Fuente: Autor Calificadas las alternativas se realiza la matriz de criterios ponderados, donde se multiplica cada calificación con el valor de importancia del criterio y la sumatoria da como resultado la calificación total de cada alternativa. SISTEMA A EVALUAR

Sistema de almacenamiento y dispensado

VALOR ALTERNATIVA ALTERNATIVA N°1 DEL CRITERIO CRITERIO CALIFICACIÓN PRODUCTO

CALIFICACIÓN

PRODUCTO

CALIFICACIÓN TOTAL

Sistema de calentamiento

ALTERNATIVA N°2

140

159

3 5

MO DE

5 8

15 40

9 6

CALIFICACIÓN TOTAL

Mecanismo de la canastilla

146

162

CALIFICACIÓN TOTAL

146

35 167

Figura 34.Matriz de criterios ponderados Fuente: Autor De acuerdo a las calificaciones totales para el sistema de almacenamiento y dispensado las alternativa seleccionada es la número dos, Dispensador de bandeja con módulos y espiral; para el sistema de calentamiento del aceite la alternativa seleccionada es la numero dos, Calentamiento del aceite con una resistencia eléctrica y para el mecanismo de la canastilla la alternativa seleccionada es la numero dos, Mecanismo con motores y palancas.

5.2 CONSTRUCCION ESTRUCTURAL Para la construcción de la máquina se han utilizado materiales como madera, aluminio, y acero inoxidable para la base estructural externa e interna que contiene, sostiene, y suplementa todos los sistemas mecánicos, eléctricos, y electrónicos de la máquina prototipo. Esta estructura cuenta con bases y columnas diseñadas en perfiles curvos y rectos de aluminio, los cuales son sujetados por medio de tornillos, remaches y puntillas a las láminas de madera de pino, diseñadas y construidas a la medida para crear las paredes estructurales internas y externas de la máquina. Sucesivamente a las paredes estructurales de la máquina, se les diseñó y construyó unas láminas de acero inoxidable que cubren la madera para fines de protección, aislamiento térmico e higiene en los alimentos preparados. Las láminas de acero inoxidable están construidas solo para las paredes estructurales internas que tengan algún contacto con los alimentos, para las paredes externas se han usado recubrimientos de formica azul para mantener la estética y uniformidad de la máquina. La estructura cuenta con algunas paredes de vidrio sujetadas con perfiles de aluminio, para lograr una visualización libre y cercana del proceso de cocción que realiza la máquina. En el diseño y construcción de la estructura de la maquina se 49

incluyeron cuatro ruedas en su parte inferior para lograr una fĂĄcil movilidad de la maquina debido a su peso aproximado de 350 Kg.

Figura 35.IsomĂŠtrico estructural. Fuente: Autor

5.3 SISTEMA DE REFRIGERACIĂ&#x201C;N. El proceso comienza en el lugar de almacenamiento de las empanadas que como se mencionĂł anteriormente tendrĂĄ una capacidad para mĂĄximo 64 unidades, al ser un producto perecedero se necesitan unas condiciones de refrigeraciĂłn a una temperatura de 3Â°C con una humedad relativa del 88% para la carne y pollo. Siguiendo el proceso de cĂĄlculo de Copeland en su manual de refrigeraciĂłn se tienen dos cargas: Carga tĂŠrmica del producto a almacenar Carga tĂŠrmica por transmisiĂłn de calor. Carga tĂŠrmica del producto. (Qp). Para el cĂĄlculo de la carga tĂŠrmica del producto se realizĂł una tabla con los componentes principales de la empanada que se va a refrigerar.

EMPANADA DE CARNE/POLLO 49 g c/u INGREDIENTES

MASA (gramos) % MASA CALOR ESPECĂ?FICO (BTU/lb. Â°F)

Carne de res/pollo (salada)

30g

61,22%

0,75

Harina

19g

38,78%

0,38

Los calores especĂficos fueron extraĂdos del manual de Copeland, en la tabla de caracterĂsticas de productos alimenticios. La masa total de carne/pollo a almacenar: 30 â&#x2C6;&#x2014; 64 1,92 4,23 La masa total de harina a almacenar: 19 â&#x2C6;&#x2014; 64 1,21 2,66 Se multiplican las masas totales por el calor especĂfico y la diferencia de temperaturas de llegada del producto (temperatura ambiente BogotĂĄ) y su temperatura recomendada de refrigeraciĂłn. 51

(Copeland parte 3, 2007) Dónde: Qp= carga térmica del producto. mT= masa total del producto a calentar. Cp= Calor específico del producto a calentar. ∆T=Diferencia de temperatura (Tfinal-Tinicial). Carne/Pollo:

Harina:

Total del producto:

La carga térmica total por el producto a almacenar es de 133,865 BTU. Carga térmica por transmisión de calor: En la carga térmica se evalúa el calor que se transferirá por cada una de las paredes del sitio de almacenamiento el cual tendrá una medidas de 300mm altura, 450mm de ancho y 500mm.

Figura 36.Carga térmica por las paredes Fuente: Autor 52

Como se puede ver en la figura 37. Al tener una fuente de calor en la parte inferior del almacenamiento producido por el aceite caliente esta será la parte crítica y la parte en donde más ingreso de calor hay al sistema. Para saber la temperatura máxima que puede alcanzar la pared inferior se hace una simulación en Ansys en una condición extrema donde se tiene la fuente de calor (el recipiente del aceite) y la convección que se genera por la masa de aire estática que hay en la parte superior.

Figura 37.Simulación térmica de aire en reposo Fuente: Autor Como se puede observar en la pared inferior del sistema de almacenamiento hay aire de diferentes temperaturas, y la máxima se alcanza vertical a la fuente de calor observando que la máxima temperatura que hay es de 162 °C, con esta temperatura se realizan los cálculos de carga térmica por transmisión de calor para el sistema de refrigeración. Por las paredes del cuarto se determinó que la cantidad de calor que ingrese al sistema sea de 100 W para mantener el equipo en el rango de refrigeración comercial, de bajo costo y que tenga un funcionamiento eficiente. Por las paredes superiores en donde el cuarto estará expuesto a convección natural a temperatura ambiente se permitirá una entrada del 40% del calor permitido. Para realizar los cálculos se tendrán unas condiciones interiores de temperatura 0°C con una humedad relativa del 88% en condiciones ambientales de Bogotá, para determinar el espesor necesario en cada lado se calcula el calor por conducción.

El aislante a utilizar será la fibra de vidrio con una conductividad máxima de 0.045 W/m.K debido a su economía y muy buen desempeño en cuartos fríos. El sistema de refrigeración fue instalado por personal especializado en refrigeración, debido a su alto costo en el mercado se ha decidido instalar para el prototipo un sistema de refrigeración básico idéntico al de un refrigerador domestico pero con partes usadas, acoplado a los espacios disponibles del C.

5.4 SISTEMA DE CONTROL Y COMUNICACIÓN Para este proyecto se ha escogido un PLC como el sistema de control de la máquina. La marca del PLC escogida fue Unitronics de origen Israelí, debido a que presenta un buen comportamiento en aplicaciones industriales, sus precios son económicos, y es de software libre. La referencia del autómata es UNITRONICS Jazz JZ10-11-31(Ver Figura 38), cuenta con 18 entradas digitales, 2 entradas analógicas, 11 salidas tipo relevo, memoria virtual de 24k para programación en código Ladder y un panel operador de 16 teclas con una pantalla tipo LCD de 2 líneas.

Figura 38.PLC Unitronics JZ10-11-31 Fuente: (BY RAM LABS, 2014) El PLC solo cuenta con programación en lógica de tipo Ladder de bloques, que proporciona funciones de programación como bucles, funciones matemáticas, 54

funciones de almacenamiento y de comparación entre otras. Este autómata en este proyecto es usado para el control y funcionamiento secuencial de la máquina.

Figura 39.Ejemplo programación Ladder en U90. Fuente: Autor 5.4.1 CONSTRUCCION SISTEMA ELECTRICO Al PLC se conectan todas las señales de los sensores del prototipo en el Slot de entradas, la máquina usa nueve (9) microinterruptores encargados de enviar las señales al PLC cuando los motores y actuadores llegan a la posición necesaria para el proceso y un (1) sensor fotoeléctrico de proximidad (VT180-N440) marca SICK para detectar cuando una empanada se ha depositado en la canastilla de la freidora.El PLC también tiene conectado en el slot de salidas once (11) relevos que energizan motores y ventiladores usados en diferentes secciones de la máquina, como por ejemplo en los motores que mueven la tapa, la canastilla de la freidora , entre otros.

Figura 40.Sensor SICK VT180-N440 Fuente: (SICK, 2014)

Figura 41.Cableado estructurado en tablero de control Fuente: Autor

5.4.2 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR El autómata es programado por medio del software U90 ladder de Unitronics, y se comunica por medio de los puertos RS232/RS485 realizando la transferencia de datos hacia un ordenador con sistema operativo Windows Xp. La transferencia de datos se realiza por un software DDE (Dynamic Data Exchange) del fabricante llamado UniDDE, donde posteriormente son exportados los datos a una hoja de Excel para después ser utilizados en un programa de Visual Basic que junto con las gráficas de Adobe Flash que permite mostrar el proceso del producto en la pantalla ubicada en la parte superior frontal del prototipo.

Figura 42.Software De Unitronics usados. Fuente: Autor

El plc envía 4 registros, que indican las entradas de los botones de selección, y el microinterruptor de posición inicial a una hoja de Excel, posteriormente estos datos de Excel son enviados a una programación de visual basic que interactúa con una visualización en Adobe flash Player.

Figura 43.Macro de programaci贸n Visual Basic Fuente: Autor

Figura 44.Visualizaci贸n en Adobe Flash Fuente: Autor 58

6. PUESTA EN MARCHA DEL PROTOTIPO 6.1 PROCESOS BASICOS PARA EL USUARIO. La operación de esta máquina es muy sencilla y apta para cualquier persona joven y/o adulta. En el proceso de diseño y construcción de la máquina, siempre se buscó obtener un prototipo que brinde un alto beneficio en el momento de entregar un alimento fresco e higiénico en el menor tiempo posible, por estas razones la máquina consta de tan solo cinco pasos básicos para el usuario. El proceso de operación que es siempre el mismo se puede ver reflejado en la Figura 45:

INSERTAR MONEDAS

ALIMENTO ENTREGADO Y LISTO PARA CONSUMIR

ESPERAR PROCESO DE COCCION

SELEECIONAR SABOR DE EMPANADA

CONFIRMAR SELECCION

Figura 45.Proceso de operación para el usuario. Fuente: Autor

Cabe resaltar que la operación de esta prototipo es similar a la de una máquina dispensadora de alimentos o bebidas con la diferencia de que este máquina prototipo tiene el proceso adicional de cocción del alimento precocido en tiempo 59

real, garantizando siempre la calidad y frescura del alimento. Para hacer de la operación un proceso sencillo en la parte externa frontal se localizan tres (3) botones que operan la máquina, además de esto la parte superior cuenta con una pantalla LCD de 23” y dos parlantes para hacer más amigable la interacción con el usuario. En la pantalla se observa una presentación realizada en Adobe Flash professional, en donde se puede visualizar una demostración simple de como operar la máquina y otras dos presentaciones que muestran los sabores de empanadas (pollo y carne) que ofrece el prototipo. Además de estas presentaciones en la pantalla se puede ver el seguimiento de la operación y del proceso de cocción cada vez que se inicia el proceso, mostrando pantallas de insertar monedas, selección de sabores, contador de proceso de cocción entre otras.

Figura 46.Vista lateral-frontal del prototipo Fuente: Autor

6.1.1 FUNCIONAMIENTO PASO POR PASO. En este numeral se explica cómo funciona la máquina desde el punto de vista de control con el accionamiento de los motores, y las señales enviadas por los microinterruptores, para ser procesado por el sistema de control que ejerce el PLC. (Ver Anexo I) El proceso inicia cuando el usuario inserta en el monedero una (1) moneda de $500 COP, en ese instante el microinterruptor que posee el monedero envía un pulso de señal digital indicándole por medio la entrada (I0) al PLC que hay una $500 insertados, en ese mismo instante en la pantalla de frontal aparece el mensaje informativo para el usuario, indicándole que aún faltan $500 pesos para completar $1000 y así poder comenzar el proceso. Posteriormente cuando el usuario inserta otra moneda de $500 nuevamente el microinterruptor del monedero envía la señal por medio de la entrada (I0) al PLC indicando que ya hay otra moneda de $500 insertada, en ese momento el PLC envía la señal para que en la pantalla frontal muestre la información de selección de sabor de la empanada (POLLO O CARNE).Posteriormente quedan activos dos botones para la selección de sabor que se quiere de la empanada, estos botones cuentan cada uno con un microinterruptor interno que envía la señal por medio de las entradas (I2-Pollo) e (I3-Carne) al PLC, cuando cualquiera de estas dos entradas es activada el PLC envía la señal al computador interno incorporado a la máquina y así mostrar en la pantalla la información para confirmar la selección.

Figura 47. Botones de selección. Fuente: Autor

Después del proceso de selección el usuario debe oprimir el botón rojo circular que se encuentra en el panel frontal para confirmar la selección, cuando esto sucede el microinterruptor del botón rojo por medio de la entrada I1 envía un pulso señal digital al PLC. En ese momento el PLC también envía la señal al computador para que en la pantalla frontal se muestre la información de inicio de proceso de cocción con un contador incorporado. Al mismo tiempo el programa que se encuentra alojado en el PLC activa el relevo que levanta la tapa de la freidora por medio de un motor acoplado a la tapa, esta salida en la programación del PLC es llamada (O0).Cuando el microinterruptor que se encuentra en la parte posterior de la tapa es accionado por la tapa de la freidora que está levantada, la programación del PLC acciona por medio de la salida (O2) el motor sujetado a la canastilla de la freidora para que esta realice un movimiento vertical. Secuencialmente a estos movimientos en la parte superior interna de la maquina se encuentran alojados motores con varillas en forma de resorte o espiral que contienen las empanadas a dispensar, cualquiera de estos motores con las salidas del PLC O3/O6 se acciona dependiendo del sabor de empanada escogido. Posteriormente el sensor de proximidad Sick censa la empanada cayendo por la rampa que transporta la empanada directamente hacia la canastilla de la freidora. Cuando es censada la empanada se envía una señal digital al PLC por medio de la entrada I17 y es ahí cuando en la programación del PLC empieza el proceso de cocción, pero antes el PLC debe enviar las señales hacia el motor que sostiene la canastilla para dejar caer la canastilla a la olla freidora con aceite caliente aproximadamente a 180 ° C (Ver Proceso de Cocción),y simultáneamente el PLC envía la señal al motor de la tapa de la freidora por medio de la salida O2 para que esta baje y vuelva a su posición normal.

Figura 48.Freidora iniciando proceso de cocción. Fuente: Autor 62

En la programación del PLC cuando inicia el proceso de cocción también se envía un pulso de señal para encender ocho (8) ventiladores extractores que se encargan de sacar vapores y olores del proceso de cocción.

Figura 49.Ventiladores Extractores de vapores y Olores. Fuente: Autor El proceso de cocción tiene una duración aproximada de 3 minutos ajustable al tamaño y tipo de empanada, cuando finaliza el proceso de cocción el PLC envía señales a las O0, O2 y O4 para que la tapa de la freidora se levante, la canastilla suba y al mismo tiempo realice un giro de 180° dispensando la empanada lista para ser disfrutada por el usuario. Posteriormente a que la empanada es dispensada el PLC activa las señales por medio de las salidas O1 y O5 para que la canastilla vuelva a girar a su posición inicial, y la tapa baje para volver a su posición inicial.

Figura 50.Canastilla girando para entregar empanada. Fuente: Autor 63

Después de todo este proceso la maquina ya está lista para iniciar nuevamente un ciclo de cocción nuevo. En la figura 51 se puede visualizar un diagrama de flujo explicando paso por paso del proceso que realiza la máquina.

Figura 51.Diagrama de flujo de proceso completo. Fuente: Autor

En la figura 52 se puede visualizar en una línea de tiempo los pulsos que reciben cada motor desde el PLC y las señales enviadas por cada sensor hacia el PLC en las diferentes etapas de la rutina del PLC.

Figura 52.Pulsos de señales de entradas y salidas en el Proceso. 6.1.2 ETAPAS DE LA RUTINA DEL PLC Fuente: Autor 65

En este numeral se puede visualizar en paralelo la programación ladder del PLC y el accionamiento físico que va realizando la maquina en la rutina del proceso. El proceso inicia cuando el cliente o el usuario inserta dos monedas de $500 y se acciona el contador (MI0) en la pasó 1 de la programación ladder como se ve en la figura 53:

Figura 53.Programación Ladder Paso 1 Fuente: Autor Si se visualiza en paralelo lo que estaría pasando físicamente es el depósito de dos monedas de $500 en el monedero como se ve en la figura 54.

Figura 54.Moneda de $500 insertada en el monedero Fuente: Autor

Secuencialmente el usuario debe escoger un sabor de la empanada (pollo o carne), cuando esto ocurre en el PLC se activa el estado de memoria (MI2) o (MI3) en el paso 6 como se muestra en la Figura 55.

Figura 55.Selecciรณn de empanada sabor a pollo. Fuente: Autor Posteriormente el usuario debe confirmar la selecciรณn del sabor de la empanada con el botรณn rojo, en el PLC se acciona el estado de memoria (MI1) como se ve en la figura 56.

Figura 56.Confirmaciรณn de selecciรณn empanada. Fuente: Autor

Paralelamente cuando el usuario confirma la selecci贸n de la empanada se acciona uno de los motores dispensadores (Ver figura 56) e inicia en el PLC la rutina principal de preparaci贸n de la empanada. Es decir que tambi茅n se acciona el motor que abre la tapa y el motor que sube la canastilla como se ve en la figura 58.

Figura 57.Vista superior de motores dispensadores Fuente: Autor

Figura 58.Inicio de proceso principal en el PLC. Fuente: Autor

Cuando el sensor SICK ubicado en la compartimiento trasero (ver figura 59) de la maquina detecta que la empanada ya se deposit贸 en la freidora inicia el proceso de cocci贸n controlado por el temporizador (T5) de la programaci贸n del PLC volviendo nuevamente la canastilla y la tapa a su estado inicial.

Figura 59.Sensor detector de empanada ubicado en el compartimiento trasero. Fuente: Autor

Figura 60.Rutina del PLC activando el temporizador (T5) Fuente: Autor Posteriormente cuando pasa el tiempo transcurrido por el temporizador (T5) se activa el motor de la tapa y la canastilla se levanta para girar y entregar el alimento 69

listo para consumir. En la programaci贸n del PLC inicia la sub rutina de entrega de alimento con los pasos 19,20 y 21 como se ve en la figura 61.

Figura 61.Pasos 19,20 y 21 de la programaci贸n Ladder en el PLC Fuente: Autor

Físicamente lo que ocurre en la máquina se puede visualizar en la figura 62.

Figura 62.Canastilla girando para entregar el alimento Fuente: Autor Para finalizar todos los motores y actuadores vuelven a su posición inicial y están listos a iniciar un nuevo proceso.

6.2 PROCESO DE COCCIÓN. Para el proceso de cocción hay que partir del sistema de calentamiento que posee la máquina, recordando que esta máquina prototipo en su parte interna posee una freidora domestica eléctrica por ende el sistema de transferencia de calor que usa el sistema es la convección por medio del movimiento forzado de una masa fluida en este caso aceite, cuando este se calienta se mueve hacia fuera de la fuente de calor, debido a que se logran diferencias de densidades en el aceite ;en la figura 63 se pueden ver las células de convección, produciendo cambios en el índice de refracción haciendo visibles los contornos de las células formando patrones de circulación. 71

Figura 63.Células de Aceite en Proceso de convección. Fuente: (hyperphysics, 2014) El modelo de transferencia de calor H por convección según la ley de enfriamiento de Newton es el siguiente: H=h A (Ta-T) Donde h se llama coeficiente de convección en W/(m2 K), A es la superficie que entrega calor con una temperatura Ta al fluido adyacente ,que se encuentra a una temperatura T, como se muestra en el esquema de la figura 64.

ACEITE

Ta A

Figura 64.Proceso de Convección Fuente: Autor El flujo de calor por convección es positivo cuando (H>0), si el calor se transfieres desde la superficie Área A al fluido (Ta>T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie (Ta<T).Los valores típicos de los líquidos se encuentran entre 50-20000 h (w/m2 K).En este caso se ha tomado por coeficiente de convección para el aceite m/S 72

Se ha escogido este valor debido a que en el proceso de cocción la freidora mantiene una temperatura aproximada a 180 °C para darle la mayor vida útil al aceite sin perder sus propiedades naturales o llegar a quemar el aceite. En la siguiente operación se calcula la energía que se pierde por convección cada segundo, en la maquina utilizando la ley de enfriamiento de Newton: H=h A (Ta-T)

h=1000 w/m2 K ! A=3.1416(0.11)m^2 A=0.345 m^2 Ta=180°C =453.15° K T=20°C=293.15° K H=1000 w/m2 K x 0.345 m^2 (453.15-293.15)K=185 W Este resultado es la energía que se pierde inicialmente cuando la freidora empieza a calentar el aceite para el proceso de cocción, en este proceso de cocción siempre se quiere mantener la temperatura del aceite a 180°C,para esto la freidora cuenta un termostato que mantiene el control de la resistencia eléctrica, estabilizando la temperatura. La temperatura se estabiliza a 180°C, porque a esa temperatura el aceite no se quema y no pierde sus propiedades naturales además de ser la temperatura adecuada para la cocción de las empanadas precocidas aproximadamente durante 3 minutos. (hyperphysics, 2014)

7. MANUAL TECNICO DE FUNCIONAMIENTO. Este capítulo incluye las funcionalidades y características de operación desde el punto de vista técnico usando los sistemas mecánicos, eléctricos e informáticos que incluye este prototipo. Instrucciones de Seguridad. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Leer las instrucciones en el manual técnico de funcionamiento. Atender todas las advertencias. Seguir todas las instrucciones. No hacer uso de esta máquina cerca del agua. Limpiar externamente solo con un paño seco. Las partes internas deben ser manipuladas por personal calificado del fabricante. 7. No instalar cerca de ninguna fuente de calor como radiadores, reguladores de calefacción, estufas u otros aparatos que generen calor. 8. No desechar, cortar o alterar el propósito de seguridad de la clavija polarizada. Una clavija polarizada posee tres puntos o polos de conexión, dos para la fase y el neutro y una tercera de forma cilíndrica para la conexión de polo a tierra. 9. Proteger el cable de corriente de ser pisado o alterado, especialmente alrededor de la clavija de conexión y el punto en el que sale de la máquina. 10. Transportar y usar la máquina solo de forma vertical, evitando inclinaciones, golpes y/o abolladuras hacia la máquina. 11. Desconectar esta máquina durante tormentas eléctricas o cuando no vaya a ser usado por largos periodos de tiempo. 12. Operar solamente desde el tipo de fuente de energía indicada en el manual técnico de funcionamiento. 13. Nunca insertar o colocar objetos de ninguna clase dentro de la máquina atreves de las ranuras posteriores y compartimientos de ventiladores, ya que pueden tocar puntos de voltaje peligrosos o cortar partes que pudieren ocasionar un incendio o choque eléctrico. Nunca derramar liquido de ningún tipo dentro de la máquina. 14. ADVERTENCIA: Para reducir el riesgo de incendio o descarga eléctrica, no exponga esta máquina a la lluvia, humedad, goteó y salpicaduras. 15. ADVERTENCIA: Para evitar la dispersión de fuego, mantenga velas así como otras llamas abiertas lejos de esta máquina en todo momento. 74

7.1 SISTEMA ELECTRICO El prototipo funciona con energía eléctrica monofásica de 110 VCA 60 Hz que es de fácil acceso y muy común en cualquier establecimiento. Para la conexión de suministro de 110 VCA el prototipo cuenta con una clavija de tres polos acoplada a un cable de potencia de baja tensión compuesto por tres conductores de calibre 14 AWG conectados directamente a dos interruptores termomagneticos de seguridad monopolares de 30 A, ubicados en una caja de interruptores que se encuentra en la parte frontal inferior de la máquina. Estos interruptores de seguridad suministran y protegen los elementos y circuitos eléctricos que en el prototipo se clasifican como potencia y control.

Figura 65.Interruptor termomagnetico de seguridad monopolar. Fuente: (Legrand Colombia, 2013)

Después de garantizar el suministro eléctrico adecuado de la máquina, se debe colocar los interruptores de seguridad en la posición ON, cuando esto sucede automáticamente se energiza los elementos y circuitos eléctricos de las partes de potencia y control.

7.1.1 ELEMENTOS ELECTRICOS DE POTENCIA En el prototipo la parte eléctrica de potencia se denomina a todos los circuitos y conexiones donde va incorporado la resistencia eléctrica de la olla freidora y el sistema de refrigeración. (VER ANEXO C) Esta parte de potencia es energizada por el interruptor termomagnetico de seguridad de 30 A y de allí tiene una conexión en paralelo dividiendo el sistema de refrigeración del sistema de calentamiento (freidora). SISTEMA DE CALENTAMIENTO (FREIDORA) El sistema de calentamiento está compuesto por una olla de una freidora doméstica, acoplada al prototipo de la mejor manera posible con respecto al espacio y generación de calor de esta. Esta olla freidora utiliza el mismo sistema de calentamiento y control de temperatura con el que venía originalmente, es decir utiliza una resistencia eléctrica de 750 W circular de superficie sellada para el calentamiento y es controlada por un termostato interruptor graduable desde 6 C.

Figura 66.Resistencia de Olla freidora Fuente: (Oster Albon, 2014)

Este termostato se encarga de mantener una temperatura de C aproximadamente, pero cabe aclarar que este control es ON-OFF y por ende no se tiene una buena precisión de la temperatura deseada. El control del termostato es visualizado por medio un bombillo testigo que se enciende cuando la freidora está calentando y se apaga cuando la freidora o sistema de calentamiento ha llegado a la temperatura deseada. Para ver el conexionado eléctrico ver ANEXO C. 76

Figura 67.Termostato interruptor Fuente: (Sourcing Map, 2014) Este tipo de termostato es conocido comúnmente como termostato de láminas bimetálicas y es usado por su simplicidad y bajo costo en el mercado de electrodomésticos. Su funcionamiento consiste en la capacidad del coeficiente de dilatación de las láminas que posee. Existen termostatos bimetálicos de varias formas, el que se usa en este caso funciona por medio de la propia lámina bimetálica que es parte del interruptor y tiene adosado en un extremo uno de los contactos, la dilatación con la temperatura, de la propia lámina abre o cierra el circuito. La temperatura puede regularse debido a que el termostato permite ajustar la distancia entre la lámina bimetálica y el contacto, dentro del rango establecido por el fabricante.

Figura 68.Diagrama de Termostato de láminas bimetalico Fuente: (ORG Sabelotodo, 2014)

Estas son las especificaciones técnicas del termostato usado para el control temperatura: NOMBRE TECNICO

Interruptor de láminas bimetálico

ALIMENTACION

120 VCA 60Hz 15 A

DIMENSIONES

4,4 x 2,8 x 2,8 cm (largo*ancho*alto)

MATERIAL EXTERNO

Porcelana y cobre

PESO

21g

Figura 69.Especificaciones técnicas Termostato Fuente: (Sourcing Map, 2014) No sobra mencionar que la freidora y por ende la máquina no estará lista para freír y funcionar hasta que el termostato no lo indique por medio del bombillo testigo que tiene conectado. SISTEMA DE REFRIGERACION. El sistema de refrigeración es energizado por medio de la conexión en paralelo que es alimentada a su vez por el interruptor termomagnetico de seguridad de 30 A.(Ver anexo C).El sistema de refrigeración que tiene incorporado el prototipo es similar al de un refrigerador de una nevera convencional. Este está compuesto inicialmente por una unidad de compresión hermética o también conocido como compresor cerrado, este es un equipo donde el motor y el compresor están encerrados herméticamente dentro de una carcasa generalmente metálica. Son de una potencia no superior a 30 KW y la carcasa nunca supera los 500 mm de diámetro.

Figura 70.Vista interna compresor hermĂŠtico Fuente: (Vinos y viĂąedos Blog, 2012) El compresor es energizado y desenergizado por un termostato que permite manejar la temperatura dentro del refrigerador que se encuentra en la parte superior del prototipo. Cuando el compresor se encuentra funcionando hace circular el gas refrigerante R134a (Ver anexo J) hasta que el termostato de acuerdo a su ajuste de temperatura apague el compresor. (DUPONT, 2005)

Figura 71.Termostato de refrigeraciĂłn Fuente: (servicio tecnico refrigeradores, 2014)

La temperatura dentro del principalmente a tres factores:

refrigerador

está

directamente

•

El uso (es decir, cuantas veces se abre y se cierra la puerta)

•

La temperatura exterior del lugar donde se encuentra.

•

La cantidad de productos (empanadas) dentro del refrigerador

relacionada

Considerando estos factores el refrigerador por medio del termostato se ha C, debido a que es una temperatura recomendada para mantener las empanadas y su relleno según los fabricante. Además está temperatura cercana al punto de congelación ayuda a obtener una empanada crocante dispensada por la máquina. Además del compresor y termostato como parte esenciales del sistema de refrigeración para su óptimo funcionamiento, también está compuesto por más elementos de refrigeración como lo muestra la Figura 72.

Unidad sellada(Compresor)

Condensador

Evaporador

Tubo de retorno

Tubo Capilar

Filtro secador

Figura 72.Sistema de refrigeración Fuente: (Erick Morales, 2012)

7.1.2 ELEMENTOS ELECTRICOS DE CONTROL En el prototipo la parte eléctrica de control se denomina a todos los circuitos y conexiones donde va incorporado el tablero control con sus respectivos elementos. (VER ANEXO C) Esta parte de control es energizada por el interruptor termomagnetico de seguridad de 30 A y de allí se conecta a una multitoma de energía eléctrica que provee de energía a las diferentes fuentes de alimentación que posee el sistema de control.

TABLERO DE CONTROL El tablero de control es parte esencial de esta máquina, pues se podría afirmar que es en el tablero de control donde está el cerebro de toda la operación y es de donde se reciben y se dan órdenes de los diferentes actuadores mecánicos y eléctricos que posee el prototipo. El tablero de control es alimentado por una fuente de 12 VCD-10 A, esta fuente es idéntica a la que usan los computadores de escritorio y fue escogida por su versatilidad, desempeño y economía con respecto a una fuente de poder industrial.

Figura 73.Fuente de poder 12VCD Fuente: (servicioalpc.com, 2014)

El tablero de control se encuentra ubicado en la parte inferior del prototipo a unos 75 cm aproximadamente más alto que la unidad de compresión del sistema de refrigeración, este físicamente está construido con canaleta ranurada de 25mm x 25mm para conducir ordenadamente el cableado del sistema y riel omega perforado en lámina de acero calibre 20 con tratamiento de galvanizado para sostener los elementos eléctricos que forman parte del tablero. La canaleta y el riel van fijados en una lámina de manera pintada de color gris plateado.

Figura 74.Estructura del Tablero de control. Fuente: Autor Como se visualiza en la Figura 64 el tablero está dividido en tres niveles para mantener un orden estructural y para poder encontrar fallas eléctricas rápidamente, en caso de algún fallo o desconexión. En el primer nivel del tablero se encuentran ubicados las borneras portafusibles,y las regletas de borneras para la entrada y salida de cables hacia los actuadores mecánicos y eléctricos del prototipo. El segundo nivel es exclusivo para el PLC o controlador lógico programable Unitronics JZ10-11-R31 (VER ANEXO D), este nivel es exclusivo pensando en 82

algún tipo de expansión o módulos especiales que en algún momento el PLC o modificaciones del prototipo lo hiciera necesario. En el tercer nivel se podría decir que se encuentra la parte de fuerza o potencia del tablero de control, pues en el encontramos todos los porta relevos con sus respectivos relevos que son activados por las diferentes salidas del PLC para manejar los motores y actuadores del prototipo. (VER ANEXO C)

Figura 75.Tablero de Control en proceso de pruebas Fuente: Autor

Los relevos que se usan en el prototipo son de sobreponer con 14 pines rectangulares, 4 contactos NA y 4 contactos NC con capacidad de carga de 240 VCA/28VDC 5A y una bobina de inducción a 12 VCD.

Figura 76.Relevos de 14 pines Fuente: (Globaltech, 2014) 7.1.2.1 ACTUADORES Y SENSORES El sistema de control usa los relevos conectados a las salidas del PLC para controlar sus diferentes actuadores, la gran mayoría son para controlar el movimiento o giro de 5 motorreductores ubicados en el sistema de dispensación y en los mecanismos de la freidora. Estos motorreductores son todos de origen alemán, sus características son las siguientes:

VOLTAJE DE ENTRADA POTENCIA VELOCIDAD TORQUE TAMAÑO

24 VDC 5W 90 RPM 8 Kgrcm 3.1 cm x 7.3 cm

Figura 77 Características Motorreductor Fuente: Autor Los motorreductores instalados en los sistemas de movimientos de la freidora tienen asignadas dos salidas del PLC con sus respectivos relevos para controlar el giro en ambos sentidos, pues en todos estos movimientos se necesita avanzar y retroceder hasta el punto de inicial de cada motor. En cambio para los motores del 84

sistema de dispensación solo se usa una salida y un relevo por cada motor debido a que su giro es hacia un solo sentido.

Figura 78.Motorreductor 24 VCD instalado Fuente: Autor También se tiene conectado como actuadores del sistema de control, 8 ventiladores que funcionan como extractores de olores y vapores que ocasiona el proceso de cocción. Estos ventiladores funcionan con un voltaje de entrada de 12 VCD 170 mA conectados en paralelo a la alimentación de una salida del PLC por medio de un relevo que maneja los 12 voltios necesarios para la activación. Los ventiladores están ubicados en la parte posterior de la máquina con un compartimiento especial que extrae el aire que se encuentra cercano a la freidora.

Figura 79.Ventiladores Extractores Fuente: Autor 85

SENSORES En el prototipo se usan en su mayoría microinterruptores de un pulso como sensores, debido a que todo el proceso es secuencial y se necesitan señales onoff para llevar una rutina de paso a paso. Los microinterruptores usados son 9 y están instalados en su mayoría en el sistema de la freidora para saber cuándo un motor ha llegado a la posición deseada, es decir en cada movimiento que implique el giro de un motor tiene instalado en su posición inicial y final un microinterruptor, la mayoría de estos tienen un tamaño de 3 cm de largo por 2 cm de ancho y un espesor de 7 mm.

Figura 80.Microinterruptores de pulso Fuente: (ceiisa, 2014) Cada microinterruptor utiliza el contacto normalmente abierto y va conectado directamente al PLC de forma NPN, es decir utiliza el contacto positivo 12 VCD de la fuente de alimentación como sumidero o tierra y la señal de cada microinterruptor será cerrada con un contacto negativo 0 VCD.

SENSOR DE PROXIMIDAD

El prototipo tiene integrado en el compartimiento de extracción de aire un sensor fotoeléctrico de proximidad, para detectar cada vez que una empanada es dispensada por el sistema de dispensación hacia la olla freidora. Este sensor es de la prestigiosa y reconocida marca alemana SICK, además de ser un sensor 86

muy compacto tiene características esenciales para hacer parte de esta máquina como su rango de distancia a censar entre 0-400 mm, con una fuente de luz infrarroja y una longitud de onda de 920 nm. (Ver anexo F)

Figura 81.Ubicación Sensor SICK Fuente: Autor Este sensor necesita una fuente de alimentación de 24 VCD y su salida es conectada a una entrada del PLC de forma NPN, es decir utiliza el contacto positivo 12 VCD de la fuente de alimentación como sumidero o tierra y la señal de censado será utilizada con un contacto negativo 0 VCD. (SICK, 2014)

7.2 SISTEMA INFORMATICO El sistema informático o computacional del prototipo consta físicamente de dos elementos esenciales, el PLC y el computador que se encuentran interconectados por medio de una interfaz RS232/RS485, en el PLC este puerto se llama Jazz Jack y en el computador es el periférico común RS232 también llamado puerto serial. Como ya no es común encontrar computadores que incluyan puerto RS232, el fabricante del PLC recomienda utilizar conversores RS232-USB para una óptima comunicación.

Figura 82.Diagrama de comunicación PLC-Computador Fuente: (UNITRONICS, 2011) 7.2.1 COMPUTADOR El computador de la máquina es un computador de escritorio sin carcasa pero con todas las partes de su hardware instaladas por separado, este computador es alimentado por una fuente común de computador y está ubicado 30 cm más abajo del tablero de control en otra superficie de madera. El computador cuenta con un disco duro de 80 Gb, procesador Intel Pentium 4 de 2.20 GHz, memoria RAM de 1 Gb y una tarjeta madre P4i65G marca Asrock.

Figura 83.Tarjeta Madre Asrock P4i65G Fuente: (Asrock, 2014) 88

Además de estas características, este computador cuenta con una pantalla de 23“ LCD marca Samsung y dos parlantes ubicados en la parte frontal superior de la máquina.

Pantalla LCD Samsung

Parlantes de sonido

Figura 84.Fotografía frontal de la Maquina Fuente: Autor La unión de esta pantalla y el computador conectado al PLC es lo que hace posible que cualquier usuario tenga un acercamiento único con la máquina debido a que en la pantalla se visualiza un seguimiento a todo el proceso acompañado de la voz robótica programada que se escucha por los parlantes instalados. Este computador no se enciende ni se ejecuta automáticamente, este debe ser encendido cada vez que se quiera inicializar la máquina.

7.2.2 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR El PLC UNITRONICS Jazz JZ10-11-R31 (Ver Anexo D), cuenta con 18 entradas digitales, 2 entradas analógicas, 11 salidas tipo relevo, memoria virtual de 24k para programación en código Ladder y un panel operador de 16 teclas con una pantalla tipo LCD de 2 líneas. Este PLC fue programado en un lenguaje tipo Ladder en diagrama de bloques siguiendo la rutina diseñada en el diagrama de flujo que hace parte de la etapa de diseño (Ver Figura 51).Para visualizar toda la programación Ladder del PLC se puede ver en el Anexo I. El autómata es programado por medio del software U90 ladder de Unitronics, pero su comunicación con el computador es por medio un software DDE (Dynamic Data Exchange) del fabricante llamado UniDDE, esta comunicación tiene la versatilidad de ser bidireccional es decir permite leer y escribir datos o comandos en el PLC.En este caso solamente se está usando en forma unidireccional para leer y transferir los datos del PLC hacia el computador. Este software tiene unas características simples y fáciles para lograr una transferencia exitosa hacia una hoja dinámica de Excel donde se pueden visualizar estados online de registros, memorias,salidas,entradas,temporizadores y contadores programados en el PLC.Como este software es del fabricante no necesita de ningún software adicional para adquirir datos o de protocolos especiales para la transferencia de datos.

Figura 85.Software UniDDE en ejecución. Fuente: Autor Para el uso de este software simplemente se debe tener un sistema operativo como Windows XP y una licencia de Microsoft Office, posteriormente se escogen 90

las salidas o señales que se quieren visualizar, en este caso se han escogido 4 señales fundamentales del proceso, la primera señal es la del contador de monedas, la segunda y tercera son las de los pulsadores de empanadas de pollo y carne respectivamente y una última señal que monitorea el inicio y fin del proceso de cocción. Estas señales son llevadas en tiempo real a una hoja dinámica de Excel en donde cada señal es visualizada en una casilla específica. Teniendo estos datos en Excel se podrían realizar bases de datos, estadísticas y demás tareas que proporciona la plataforma de Microsoft Excel. En este prototipo simplemente se toman estos datos para después ser usados en una programación de Visual Basic que se encarga de monitorear estas señales en tiempo real. (Ver anexo E)

Monedas

pollo 0

carne 0

enter

contador

no_pollo 0

no_carne 0

Figura 86.Ejemplo de datos enviados a Excel. Fuente: Autor Después de que se tienen los datos monitoreados en visual Basic por medio de excel estos son transferidos a una programación en Adobe Flash player que tiene incorporado visualizaciones y sonidos dependiendo de los estados de las casillas que se monitorean en Excel. Estas visualizaciones son las que ve el usuario cuando esta interactuando con la máquina, además de tener incorporado un cronometro creciente que indica el tiempo de cocción de la empanada. Cuando la máquina se encuentra en espera tiene una versión demo de visualización indicando los sabores de empanadas y el modo de uso adecuado de la máquina.

Figura 87. Visualizaci贸n en Modo de uso Fuente: Autor

Figura 88.Visualizaci贸n insertando monedas. Fuente: Autor 92

7.3 SISTEMAS MECANICOS El prototipo cuenta con varios elementos mecánicos que garantizan movimientos transversales y rotatorios necesarios para un óptimo funcionamiento de la máquina. El primer mecanismo que se tiene a la vista externa de la máquina es un monedero mecánico simple diseñado para recibir monedas de una sola denominación en este caso $500 (Moneda antigua), este es de fabricación china y fue escogido por su economía y facilidad para enviar señal eléctrica cuando recibe una moneda.

Figura 89. Monedero similar al usado en el prototipo.

Fuente: (globalmonitor.mx, 2014) Este monedero detecta monedas falsas por medio de un imán interno y cuando sufre atascamientos de monedas o se insertan monedas de otra denominación tiene un mecanismo manual para devolverlas por un segundo orificio con el que cuenta.

7.3.1 DISPENSADORES DE EMPANADAS El prototipo en la parte superior, exactamente en el área refrigerada tiene instalados dos motorreductores de corriente directa, para dispensar las empanadas de carne y pollo que se encuentran refrigeradas. Esto lo hace por medio de una varilla acerada en forma de espiral o resorte acoplada mecánicamente a cada motor, convirtiendo las rotaciones o vueltas del motor en un desplazamiento transversal, debido a que las empanadas se encuentran ubicadas en cada paso de la espiral hasta que son depositadas en el orificio que direcciona las empanadas hacia la olla freidora.

Figura 90.Mecanismo de dispensación Fuente: Autor El espacio construido como área de refrigeración tiene una capacidad de alojar 16 juegos de motores con su respectiva espiral para un total de 64 empanadas aproximadamente, pero por costos y por ser una máquina prototipo solo se han instalado 2 juegos motores para una capacidad de almacenamiento de 4 empanadas por cada sabor.

Figura 91.Varilla en espiral de máquina de vending Fuente: (Aliexpress, 2014) Estas varillas en forma de espiral son comúnmente usadas en máquinas de vending expendedoras de alimentos empacados como snacks, pasabocas entre otros. 7.3.2 MECANISMOS DE FREIDORA

Figura 92.Sistemas mecánicos de freidora Fuente: Autor

En la zona de cocción es decir en la freidora es donde se encuentra la mayoría de accionamientos mecánicos del prototipo, debido a que se manejan movimientos longitudinales y transversales con la tapa y canastilla de la freidora. Para realizar estos movimientos se utilizan los motorreductores de corriente continua (Ver Figura 78). Posteriormente de que el mecanismo de dispensación (ver figura 90) es activado, la tapa de la freidora está a la espera de la empanada con la tapa levantada en dirección de la parte posterior de la máquina por medio de su conexión mecánica a un motorreductor que se encuentra en su parte posterior.

Figura 93. Tapa de freidora levantándose Fuente: Autor La canastilla interna de la freidora se acciona cuando el PLC recibe la señal del sensor que se encuentra detrás de la tapa, entonces la canastilla se mueve en dirección superior unos 5 cm aproximadamente para recibir la empanada sin tener contacto con aceite, este movimiento lo realiza un motorreductor halando las varillas circulares de sostenimiento que tiene la canastilla por fabricación. Cuando se inicia el proceso de cocción simplemente el motorreductor se acciona con polos invertidos para empujar la canastilla hacia la olla freidora y quedar sumergida a 96

unos 3 cm sobre el nivel de aceite, este mismo accionamiento ocurre cuando la empanada ya ha sido fritada y la canastilla se prepara para girar.(Ver figura 94)

Figura 94.Accionamientos y movimientos de canastilla Fuente: Autor

La canastilla tiene incorporado un motorreductor que se encuentra soportado en la parte inferior del motor que realiza los movimientos de halar y empujar la canastilla, este motorreductor es exclusivamente para el giro de la canastilla cuando debe entregar y siempre se invierte el giro del motor cuando ha dejado la empanada para volver a su posición inicial. Este mecanismo fue diseñado y construido para realizar el giro con un máximo de 12 gr de peso en la canastilla, debido a las características de las palancas actuadoras de la canastilla y de la forma como esta soportado el motor al mecanismo. En la programación del PLC se ha dejado un tiempo máximo de 5 segundos después de que se ha freído la empanada para que la canastilla deje escurrir por gravedad el aceite y así en el momento del giro el desperdicio de aceite sea muy mínimo.

Figura 95.Direcciones de giro Canastilla Fuente: Autor

8. ANALISIS DE RESULTADOS

•

De acuerdo a los objetivos generales y específicos propuestos se puede concluir que se han cumplido a cabalidad todos los objetivos, partiendo de que se logró diseñar y construir una maquina prototipo automática que entrega empanadas higiénicas y frescas, contando en su interior con un sistema de control automatizado, sistema de cocción para alimentos y un sistema de extracción de olores y vapores que funcionan en óptimas condiciones. Además de usar varios materiales industriales en su construcción como acero inoxidable y aluminio.

•

En las primeras pruebas del sistema el aceite se calentó a la temperatura esperada (180ºC), los motores y el sistema de control funcionaron bien pero se evidencia que cuando la canastilla de la freidora gira para entregar el alimento, no giro lo suficiente ocasionando que la empanada quedara dentro de la cabina o en la misma canastilla sin poder entregar la empanada. Para minimizar este problema se gradúa nuevamente el ángulo de giro a aproximadamente (180º) con el micro interruptor de giro de canastilla.

•

Para lograr una óptima cocción de la empanada fue necesario realizar más de 30 pruebas de la maquina e invitar a 5 personas ajenas al proyecto para que probaran el sabor, la textura y demás propiedades de las empanadas, dando como resultado que el mejor tiempo de cocción para las empanadas utilizadas en el proyecto es de 2 minutos y 30 segundos.

•

La interfaz gráfica utilizando la pantalla que tiene la maquina le da una vista mucho más interactiva de máquina amigable y fácil de usar para cualquier persona joven y adulta.

•

Aunque en el mercado existen muchas variedades y clases de sensores en la maquina prototipo se han usado microinterruptores simples de dos estados (ON-OFF), que aunque son muy simples y de bajo costo no dejan 99

de ser muy útiles y óptimos en el momento del funcionamiento de la máquina.

•

El PLC escogido como sistema de control le ha garantizado al prototipo un funcionamiento óptimo a nivel industrial, pues se realizaron pruebas en donde la máquina funciono continuamente durante 8 horas sin ninguna falla.

•

El prototipo dispensador de alimentos precocidos permite ubicar puntos de venta de empanadas en espacios reducidos y lugares en donde es imposible poner un establecimiento, como por ejemplo oficinas y hospitales sin generar incomodidades o contaminación.

•

A pesar de que se realizó un diseño de la refrigeración de la maquina se comete el error de subestimar la fuente de calor de la freidora que se encuentra justo en la parte inferior del refrigerador obteniendo como resultado choques térmicos de temperaturas frías y calientes y un trabajo incesante del refrigerador para mantener la temperatura deseada. En conclusión para un próximo diseño se necesita cambiar de posición el sistema de almacenamiento refrigerado.

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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •

La utilización de software de Unitronics UNIDDE fue muy favorable para poder comunicar el PLC con el computador debido a que permite enviar los datos en tiempo real directamente a un libro de Excel sin tener una sistema de supervisión (SCADA)

•

Fue de suma importancia la implementación de materiales celulósicos como la madera debido a su economía y sus propiedades naturales, como la mala conducción del calor puesto que estos cuerpos tienen escasez de electrones libres que son los responsables de la fácil transmisión de esta forma de energía, estos materiales se implementaron en las paredes de la cabina como sistema de aislamiento térmico, de esta manera se disminuyó las transferencias de calor a elementos electrónicos como el computador o el sistema de control (PLC).

•

La interfaz gráfica de seguimiento al proceso se muestra como una herramienta de gran ayuda para el usuario final o cliente, en donde tienen a su disposición la información de selección de sabor y el proceso de cocción haciendo más confortable y amigable la interacción con la máquina.

•

El aporte de las cuatro áreas fundamentales de la mecatrónica (mecánica. electrónica, control e informática) en este trabajo, hacen de esta máquina sea un proyecto muy completo y una buena experiencia para el autor de poner en práctica los conocimientos adquiridos durante el proceso de formación profesional.

•

La interfaz auditiva con el usuario de seguimiento al proceso tiene una muy buena percepción entre todos los usuarios debido a que causa un gran impacto al funcionar entrelazada con la visualización gráfica y el proceso del PLC

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•

El “vending” en la actualidad está tomando fuerza y es importante innovar en máquinas de este tipo para facilitar la distribución y comercialización de diferentes productos.

•

El diseño y construcción del prototipo para vender empanadas automáticamente es una idea nueva e innovadora con gran potencial a la hora de competir en el mercado.

•

En Colombia el mercado de máquinas “vending” es limitado a la imitación o importación de máquinas, teniendo poca variedad en los productos.

9.1 RECOMENDACIONES. Se recomienda como una posible mejora del prototipo conectar al sistema de control el control de temperatura de la freidora para siempre obtener una temperatura deseada y poder monitorear el comportamiento de la freidora. También como una posible mejora estructural de la máquina, diseñar módulos de ensamblaje para facilitar el trasporte de la máquina. La máquina puede freír una empanada de cualquier sabor, pero en esta ocasión se ha establecido los sabores de pollo y carne por su conocido uso en el mercado.

Para la versión final de la máquina los usuarios han manifestado querer una máquina que pueda dispensar más empanadas al mismo tiempo, además de poder recibir billetes y dar vueltas de dinero.

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ANEXOS ANEXO A.

ENCUESTA

Nombre: _______________________ C.C. __________________________

Marque con una X sus respuestas. 1.Ha utilizado máquinas dispensadoras de alimentos?

Si No 2.Con que frecuencia come empanadas? No consume 1 o 2 a la semana 1 diaria Más de una diaria

3.Le gustaría consumir empanadas que fueran cocinadas y entregadas por una máquina? Si No 107

4.En qué lugares le gustaría encontrar una máquina dispensadora de empanadas?

Colegios y/o universidades Centros Comerciales Clínicas y hospitales. Todos los anteriores. Otros, Cuál?

5.Al momento de comprar empanadas, que es más importante para usted? (puede seleccionar dos respuestas máximo)

Tiempo de preparación Calidad e higiene El sabor La marca o fabricante de los productos

108

ANEXO B

PLANOS ISOMETRICOS

109

110

111

112

ANEXO C

ESQUEMAS ELECTRICOS

113

114

115

116

ANEXO D CARACTERISTICAS TECNICAS DE PLC UNITRONICS

117

118

119

120

ANEXO E

PROGRAMACIÓN VISUAL BASIC

121

ANEXO F CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS SENSOR SICK

122

123

ANEXO G ESQUEMA HIDRÁULICO DE MÁQUINA DE CAFÉ EXPRÉS

124

ANEXO H CARACTERÍSTICAS MÁQUINA EXPENDEDORA DE SÁNDWICHES

125

126

ANEXO I

PROGRAMACION LADDER

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

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142

ANEXO J HOJA DE DATOS DE SEGURIDAD GAS R134A

143