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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y ELÉCTRICA
PROTOTIPO DE MÁQUINA AUTOMATIZADA PARA EL LLENADO Y ESCARCHADO
DE UN VASO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A N
AGUILAR HERNÁNDEZ DANIELLE
JIMÉNEZ RUIZ GUSTAVO NOÉ
SÁNCHEZ LÓPEZ DAVID
ASESORES: Dr. NORMA BEATRIZ LOZADA C.
Dr. ALBERTO LUVIANO JUAREZ
Dr. CARLOS VÁZQUEZ AGUILERA
MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE 2011
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Objetivo general
Realizar el prototipo de una máquina que escarche y llene de
manera automática
un vaso para la preparación de una michelada. Con el propósito
de ahorrar
tiempo y mano de obra.
Otro punto importante es el de mejorar la calidad de higiene en
la preparación de
la bebida.
Justificación
Existen muchos establecimientos dedicados a la venta de bebidas
alcohólicas
que tienen dispensadores manuales de cerveza y a veces es
necesario que la
producción sea más rápida por muchas causas, puede ser por la
demanda
excesiva de micheladas, la falta de personal que opere las
máquinas
mencionadas, etc. Esto provoca falta de atención a los clientes
y por
consecuencia perdidas de utilidades.
Hasta el momento no existe una maquina automatizada que prepare
micheladas.
La creación de una máquina automatizada sería demasiado útil ya
que agilizaría
el proceso de preparación de micheladas, además, daría espacio a
los
empleados del establecimiento para poder ocuparse de otras
labores del mismo.
-
i
Índice general
Índice general
......................................................................................
i
Índice de figuras
................................................................................
iii
Objetivos específicos
..........................................................................
1
Resumen
................................................................................
1
Capitulo 1. Introducción
..................................................... 2 1.1.
Antecedentes
...................................................................................
3
1.2. Planteamiento del problema
............................................................. 4
1.3. Análisis y alcance
.............................................................................
4
1.3.1. Requerimientos
.....................................................................
4
1.3.2. Alcance
.................................................................................
4
1.3.3. Solución propuesta
...............................................................
5
Capitulo 2. Preliminares
..................................................... 6 2.1.
Motores de corriente directa
............................................................ 7
2.2. Puente H
..........................................................................................
9
2.3. Servomotores
...................................................................................
9
2.4. Interruptor de fin de carrera
........................................................... 11
Capitulo 3. Diseño de la máquina
.................................... 12 3.1. Etapa del escarchado
....................................................................
13
3.1.1. Pinzas Mecánicas (Gripper)
................................................ 13
3.1.2. Servomotor
..........................................................................
14
3.1.3. Varilla roscada
....................................................................
15
3.1.4. Motor de la varilla roscada
.................................................. 16
3.1.5. Base del gripper
..................................................................
17
3.1.6. Base del plato
......................................................................
17
3.1.7. Motor del plato giratorio
....................................................... 17
3.1.8. Plato giratorio
......................................................................
19
3.2. Etapa del llenado
...........................................................................
20
3.2.1. Bomba sumergible
...............................................................
20
3.3. Etapa de control
.............................................................................
21
3.3.1. Puente
H..............................................................................
21
3.3.2. Microcontrolador
..................................................................
23
3.3.3. Etapa de potencia
................................................................
24
3.3.4. Panel de control
...................................................................
26
-
ii
Capitulo 4. Funcionamiento
............................................. 27 4.1. Descripción
del funcionamiento
..................................................... 28
4.2. Diagrama de flujo
..........................................................................
29
Capitulo 5. Manual de usuario
......................................... 31 5.1. Descripción de la
máquina
.............................................................
32
5.2. Características de la máquina
........................................................ 32
5.3. Ensamble de la máquina
................................................................
32
5.4. Operación
......................................................................................
34
Capitulo 6. Mantenimiento
............................................... 36 6.1. Lubricación
de las piezas
......................................................................
37
6.2. Motores
..........................................................................................
37
6.3. Interruptores de fin de carrera
........................................................ 37
Capitulo 7. Justificación económica
............................... 38 7.1. Precios
...........................................................................................
39
Capitulo 8. Resultados
..................................................... 43 8.1
Resultados
...................................................................................
44
Mejoras a futuro
................................................................................
51
Conclusiones
....................................................................................
52
Bibliografía
........................................................................................
53
Glosario técnico
................................................................................
54
Anexos
..............................................................................................
55
Anexo 1. Proceso de producción de la cerveza
...................... 55
Anexo 2. Calendario de actividades
........................................ 57
-
iii
Índice de figuras
Figura 1.1 Michelada
..........................................................................
3
Figura 1.2 Diagrama de flujo del funcionamiento de la maquina
....... 5
Figura 2.1 Motor con escobillas
......................................................... 7
Figura 2.2 Motores con escobillas y devanados de campo
............... 8
Figura 2.3 Conmutación de un motor mediante transistores
............. 8
Figura 2.4 Puente H
...........................................................................
9
Figura 2.5 Componentes de un servomotor
.................................... 10
Figura 2.6 Control de un servomotor
............................................... 10
Figura 2.7 Detectores mecánicos
.................................................... 11
Figura 2.8 Interruptor de fin de carrera
............................................ 11
Figura 2.9 Circuito anti rebote
......................................................... 11
Figura 3.1 Pinzas Mecánicas (Gripper S300135)
............................ 13
Figura 3.2 Ranuras de extensión del gripper
................................... 13
Figura 3.3 Extensiones del gripper
.................................................. 14
Figura 3.4 Servomotor Hitec HS-805BB
.......................................... 14
Figura 3.5 Varilla roscada y guías
................................................... 15
Figura 3.6 Motor y engranes de la varilla roscada
........................... 16
Figura 3.7 Base del gripper
.............................................................
17
Figura 3.8 Base del plato
.................................................................
17
Figura 3.9 Motor con caja reductora
................................................ 18
Figura 3.10 Engrane 1
.....................................................................
18
Figura 3.11 Engrane 2
.....................................................................
19
Figura 3.12 Plato giratorio
...............................................................
19
Figura 3.13 Bomba sumergible WP-5000
........................................ 20
Figura 3.14 Ensamblaje de la bomba sumergible
........................... 20
Figura 3.15 Puente H con transistores
............................................ 21
Figura 3.16 Diseño de la placa del puente H
................................... 23
Figura 3.17 ATMEGA8535
..............................................................
24
Figura 3.18 Etapa de potencia
......................................................... 25
Figura 3.19 Circuito impreso de la etapa de potencia
..................... 26
Figura 3.20 Panel de control
............................................................ 26
Fig.4.1 Diagrama de flujo del funcionamiento del
prototipo…....……29
-
iv
Figura 5.1 Partes de la máquina
....................................................... 33
Figura 5.2 Partes de la máquina
....................................................... 33
Figura 5.3 Partes de la máquina
....................................................... 34
Figura 5.4 Partes de la máquina
....................................................... 34
Figura 8.1 Circuito PWM con LM555
................................................ 44
Figura 8.2 Gripper controlado con PWM analógico
.......................... 44
Figura 8.3 Brazo manipulador para el gripper
.................................. 45
Figura 8.4 Construcción de la base de hierro
................................... 45
Figura 8.5 Engrane de la base giratoria
........................................... 46
Figura 8.6 Base giratoria armada
..................................................... 46
Figura 8.7 Colocación de la chumacera
........................................... 46
Figura 8.8 Varilla roscada y guías
.................................................... 47
Figura 8.9 Chumacera hexagonal
.................................................... 47
Figura 8.10Varilla roscada y guías armadas
.................................... 47
Figura 8.11Base y pinzas del gripper
............................................... 48
Figura 8.12 Base general
.................................................................
48
Figura 8.13 Plato con contenedores
................................................. 48
Figura 8.14 Prototipo final
.................................................................
49
Figura 8.15 Microcontrolador ATMEGA8535
.................................... 49
Figura 8.16 Circuito de potencia
....................................................... 50
Figura 8.17 LCD
...............................................................................
50
-
1
Objetivos específicos
Diseñar y construir:
Un sistema de escarchado.
Un sistema de llenado.
El sistema de control.
Resumen
El procedimiento de elaboración de una michelada, consiste de
tres etapas:
Primero se lleva a cabo el proceso de escarchado, el cual
consiste en
adherir chile a la orilla del vaso.
Se vierte dentro del vaso, chile, limón y sal (actualmente
existen varios
productos en presentación liquida que ya contienen dichos
ingredientes
en un solo producto).
Finalmente se sirve la cerveza dentro del vaso ya escarchado y
con los
ingredientes antes mencionados.
En este trabajo se describe el diseño e implementación del
prototipo de una
máquina que prepare micheladas de maneara automática con la idea
de dar un
sabor estándar a las micheladas que se realicen con esta
máquina, además de
cumplir con las normas de higiene requeridas.
-
2
Capítulo1.Introducción
En este capítulo se dará una breve explicación de lo que es la
cerveza en
México, además de la gran demanda que tiene esté producto,
debido a su
agradable sabor ya las diferentes formas que se pueden emplear
para su
preparación. En este trabajo se enfatizara la preparación de la
michelada, debido
a que esta bebida es una de las más consumidas en los antros y
bares de la
ciudad.
Primeramente en el subcapítulo 1.1 se explicaran los
antecedentes históricos de
la cerveza, como es que surgió, su forma de elaboración y los
beneficios que
puede aportar al organismo, entre otras cosas más.
Posteriormente en el
subcapítulo 1.2 se explicarán los problemas en los que se
enfrentan los
consumidores de este producto, al enfrentarse con problemas de
higiene que
actualmente existen en los establecimientos de la ciudad.
En los subcapítulos 1.3 y 1.2 se explicara la propuesta de un
prototipo de una
maquina automatizada, que sea capaz de preparar una michelada
sin la
intervención de la mano del hombre, con el fin de aumentar la
higiene y reducir
costos. En el subcapítulo 1.3.2 se explicaran los alcances que
se desean adquirir
con la preparación de este prototipo. En este ultimo
subcapitulo1.3.3 se mostrara
un diagrama de flujo con el funcionamiento básico del prototipo
.
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3
1.1. Antecedentes
La cerveza es uno de los productos más antiguos de la
civilización. Los historiadores creen que ya existía en Mesopotamia
y Sumeria en el año 10 000 a.C. En la antigüedad, los chinos
también elaboraban cerveza llamada "Kiu" utilizando cebada, trigo,
espelta, mijo y arroz. Mientras que las civilizaciones
precolombinas de América, utilizaban maíz en lugar de cebada. De
manera similar, en la antigua Britania se elaboraba cerveza a base
de trigo malteado antes de que los romanos introdujeran la cebada.
En la actualidad, los principales países productores son Estados
Unidos, Alemania, Rusia, Reino Unido, Japón y México.
La cerveza es una bebida natural y con bajo contenido en
calorías (aproximadamente 42 Kilocalorías por 100 mililitros), bajo
grado de alcohol, no contiene grasas ni azúcares y sí una cantidad
importante de hidratos de carbono, vitaminas y proteínas, por lo
que su "consumo con moderación" es benéfico para la salud humana y
claramente recomendable para cualquier dieta equilibrada. El
proceso de producción de la cerveza se describe en el anexo 1.
En la actualidad existen en el mercado nacional e internacional
una gran
cantidad de dispensadores de cerveza que se limitan a servir la
cerveza y en
algunos casos a regular la temperatura del líquido.
Una de las bebidas más populares y consumidas en México a base
de cerveza
es la “michelada”. Existen diferentes modos de preparar una
michelada
dependiendo de la región y preferencias de cada persona, pero la
preparación
“clásica” es la siguiente:
Ingredientes:
o Una cerveza chica
o Jugo de limón
o Sal
o Chile piquín
Preparación:
1. Se escarcha la boquilla del vaso con limón, sal y chile
piquín.
2. Se mezcla el jugo de limón, la sal y el chile piquín dentro
del vaso.
3. Se agrega lentamente la cerveza.
Figura 1.1 Michelada
-
4
1.2. Planteamiento del problema
El problema que enfrentan los consumidores de “micheladas” en la
actualidad es
la falta de higiene en la preparación de esta bebida. Comúnmente
los
vendedores no toman las medidas de higiene necesarias para su
preparación.
Además de esto, el proceso de llenado y escarchado que se lleva
a cabo en una
preparación manual es iterativo por lo tanto hay demora en dicho
proceso.
1.3. Análisis y alcance
Se propone la creación de una máquina automatizada que se capaz
de
escarchar y llenar un vaso.
1.3.1. Requerimientos
Se han visitado algunos establecimientos en la zona centro de
México para
observar las características de las maquinas dispensadoras y se
llegó a la
conclusión de que la máquina automatizada a elaborar debe
cumplir con las
siguientes características:
Que las piezas en contacto con los ingredientes sean sanitarias
y fáciles de limpiar.
Que sea fácil de usar, máximo 2 botones o teclas.
El contenedor para cerveza debe tener capacidad aproximada de 8
litros.
Que el contenedor de los ingredientes (chile, limón y sal) cubra
con la
capacidad necesaria de almacenamiento.
1.3.2. Alcance
La propuesta de solución se limita al proceso de preparación de
una michelada
“clásica” (cerveza, sal, limón y chile piquín). Cabe aclarar que
este proyecto no
considera la implementación del proceso de enfriamiento. Este
trabajo es un
primer prototipo que puede ser perfeccionado y que se enfoca
únicamente en la
preparación de la bebida.
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5
1.3.3. Solución propuesta
Se diseñará y construirá una máquina que escarche y llene de
manera
automática un vaso para la preparación de micheladas haciendo
que esta sea
rápida, precisa y evite la interacción del personal, para que de
esta manera la
higiene en el producto sea mayor.
El proceso que se llevará a cabo se muestra en el siguiente
diagrama de flujo.
Figura 1.2 Diagrama de flujo del funcionamiento de la
maquina.
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6
Capítulo 2. Preliminares
En este capítulo se explican a grandes rasgos los conocimientos
básicos para
poder comprender los principios de funcionamiento del proyecto.
De tal forma se
hablara de cada uno de los componentes electrónicos y mecánicos
que se
utilizaron para la elaboración del prototipo. También se dará
una explicación del
porque fueron utilizados.
La elaboración de este prototipo fue en un periodo aproximado de
un año, en el
cual se fueron presentando propuestas y soluciones, por
consiguiente se
realizaron varias modificaciones tanto en la parte mecánica como
en la parte
eléctrica, más adelante se hablara a detalle de los cambios que
surgieron.
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7
2.1.Motores de corriente directa
Los motores de corriente directa son dispositivos que convierten
la energía
eléctrica en energía mecánica. Este tipo de motores tienen una
terminal positiva
y una terminal negativa, cuando se conectan dichas terminales a
una fuente de
voltaje el motor se moverá en un sentido, pero cuando se
invierte la polaridad de
la fuente de voltaje el motor girará en sentido opuesto.
Existen tres tipos principales de motores de corriente directa:
motores con
escobillas, motores con escobillas y devanados de campo y
motores sin
escobillas.
a) Los motores con escobillas logran invertir el sentido de la
corriente que
pasa por la espira de manera mecánica, es decir cuando la espira
gira,
hace que giren las escobillas que alimentan al rotor y por lo
tanto se
cambia el sentido de la corriente.
Figura 2.1. Motor con escobillas
b) Los motores con escobillas y devanados de campo. Este tipo de
motores
se dividen en motores serie (Figura 2.2a), paralelo (Figura
2.2b),
compuestos (Figura 2.2c) y de excitación independiente (Figura
2.2d),
dependiendo de la manera en que estén conectados los devanados
de
campo y armadura.
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8
a) Motor con conexión serie.
b) Motor con conexión paralelo.
c) Motor con conexión
compuesta.
d) Motor con excitación
independiente.
Figura 2.2. Motores con escobillas y devanados de campo
c) Motores con imán permanente y sin escobillas. Los motores
con
escobillas generan una chispa al momento de circular corriente a
través
de ellas, lo que provoca que se desgasten y tengan que ser
sustituidas.
Este tipo de motores no utiliza escobillas y realiza el cambio
de sentido de
la corriente por medio de un circuito de conmutación
electrónica.
Figura 2.3. Conmutación de un motor mediante transistores.
-
9
2.2. Puente H
El sentido de giro de un motor de corriente directa depende de
la polaridad que
se aplica en sus terminales, si se desea cambiar se debe dar un
tiempo de
espera entre un sentido y otro o de lo contrario se podría dañar
físicamente el
motor.
La manera más sencilla de controlar el giro en un motor de
corriente directa de
baja potencia es utilizando un arreglo de transistores conocido
como puente H.
Figura 2.4 Puente H
Este circuito funciona de la siguiente manera:
Cuando se envía una señal de nivel alto a la entrada 1 y una
señal de nivel bajo
a la entrada 2 los transistores Q2 y Q3 entran en saturación al
mismo tiempo,
mientras que Q1 y Q4 están en corte, por lo tanto el motor gira
en un sentido.
Cuando se envía una señal de nivel bajo a la entrada 1 y una
señal de nivel alto
a la entrada 2 los transistores Q1 y Q4 entran en saturación
simultáneamente,
mientras que Q2 y Q3 están en corte, haciendo que el motor gire
en sentido
contrario.
2.3.Servomotores
Los servomotores son dispositivos ampliamente utilizados en
robótica y en
sistemas de radio control porque pueden ubicarse en cualquier
posición dentro
de su rango de operación, se puede controlar su velocidad y su
posición.
Los servomotores de corriente directa suelen alimentarse entre 4
y 8 V. Un
servomotor se compone de un motor de corriente directa, un juego
de engranes
y un circuito de control (Figura 2.4).
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10
Figura 2.5. Componentes de un servomotor.
El servomotor cuenta con tres cables: dos para alimentación y
uno para el
control. El cable de control manda una señal con una determinada
duración que
indica al servomotor el ángulo que debe moverse. A este método
de control se le
conoce como PCM (Modulación Codificada de Pulsos). Los tiempos
de
operación de los servomotores varían dependiendo de los
fabricantes. Por
ejemplo un servomotor de la marca Hitec recibe un pulso con un
periodo de 20
milisegundos (0.02 segundos). El tiempo de duración del pulso
determinará los
giros de motor: un pulso de 1.5 ms hará que el servomotor se
mueva a la
posición de 90 grados (llamado posición neutra), si el pulso es
menor de 1.5 ms,
entonces el motor se acercará a los 0 grados y si el pulso es
mayor de 1.5ms, el
eje se acercará a los 180 grados.
Figura 2.6. Control de un servomotor.
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11
2.4.Interruptor de fin de carrera
Los interruptores de fin de carrera o detectores de obstáculos
mecánicos son
dispositivos que abren o cierran uno o varios circuitos
eléctricos. Existen en el
mercado una infinidad de modelos de detectores mecánicos.
Figura 2.7 Detectores mecánicos
El interruptor de fin de carrera es un conmutador que cambia de
posición al
realizar la presión necesaria sobre la lámina de metal que hace
de brazo de una
palanca de otra lámina que a su vez cierra el circuito. Las
longitudes de este
brazo varían, dependiendo de la aplicación.
Figura 2.8 Interruptor de fin de carrera
En la práctica, estos interruptores presentan rebote por
contacto. El flipa flor
RS es uno de los métodos más comunes utilizados para eliminar
estos rebotes
indeseados.
Figura 2.9 Circuito anti rebote
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12
Capítulo 3.Diseño de la
maquina.
En este capítulo se describe el proceso de elaboración del
prototipo, tanto en la
parte mecánica como en la parte eléctrica. Cabe mencionar que la
parte
mecánica fue la que más tiempo demoro, debido a que cada pieza
fue diseñada,
y algunas partes fueron mandadas hacer, por otro lado la parte
eléctrica fue un
proceso más sencillo, debido a que solo se tuvo que automatizar
la parte
mecánica. Más adelante se hablara mas a detalle de estos
procesos.
En este capítulo también se observan gráficos en 3D del
prototipo diseñados con
un programa sofisticado de diseño (solidworks), el cual ayudó
bastante para la
interpretación grafica del prototipo.
El diseño de la máquina se divide en tres partes, las cuales
son:
Etapa del escarchado.
Etapa del llenado.
Etapa de control.
Estos son los procesos en los que nos enfocamos para hacer la
automatización.
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13
3.1. Etapa del escarchado
Esta etapa es la primera en el proceso y tiene como objetivo
preparar el vaso
para la etapa de llenado. Esta es la etapa más extensa del
proceso pues se
necesita en primer lugar tomar el vaso, girarlo 180°, sumergirlo
en un chile
líquido, subirlo, sumergirlo en chile en polvo, subirlo, girarlo
180° y finalmente
soltarlo.
3.1.1. Pinzas Mecánicas (Gripper)
Para sujetar el vaso se decidió usar un gripper. El gripper
utilizado es el modelo
S300135, un gripper diseñado para servomotores estándar de la
marca Hitec y
Futaba. Se decidió utilizar este gripper por su sencillez de uso
y porque es fácil
encontrar reposiciones. La figura 3.1 muestra el gripper
utilizado. Este gripper
utiliza dos servomotores, uno para abrir y cerrar la pinza y
otro para girar 180°.
Figura 3.1 Gripper S300135.
Para utilizar correctamente el gripper se tuvieron que adaptar
unas extensiones,
pues la máxima abertura del gipper es de 3 cm, dichas
extensiones se colocaron
en las ranuras de extensión del gripper mostradas en la figura
3.2.
Figura 3.2 Ranuras de extensión del gripper
Las extensiones construidas están hechas de aluminio de 1/16” de
espesor y 1”
de ancho para reducir el peso soportado por el gripper. La
longitud total de las
extensiones es de 12cm, distancia calculada para poder sujetar
el vaso
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14
adecuadamente. Para reducir aún más el peso de las extensiones
se hicieron
orificios a lo largo de estas. El diseño de las extensiones se
muestra en la figura
3.3.
Figura 3.3 Extensiones del gripper.
3.1.2. Servomotor
Para poder manipular el gripper se seleccionaron dos
servomotores de la marca
Hitec, modelo HS-805BB1 cuyas características son las
siguientes:
Peso: 152 gr.
Largo: 66 mm.
Ancho: 30 mm.
Alto: 57.6 mm.
Alimentación a 6 V.
Velocidad: 0.14 seg/60°.
Par: 24.7 Kg·cm.
Se utilizaron estos servomotores porque son fáciles de conseguir
y tienen la
fuerza necesaria para levantar el vaso. En la figura 3.4 se
muestra dicho
servomotor.
Figura 3.4 Servomotor Hitec HS-805BB
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15
3.1.3. Varilla roscada
Se requería de un mecanismo que hiciera que el gripper subiera y
bajara. En
primera instancia se pensó en diseñar un brazo robótico para el
gripper, pero por
lo complicado del diseño y la falta de tiempo se optó por
construir una varilla
roscada a la que se le adaptó una base que sujeta el servomotor
del gripper.
Después de tomar en cuenta las medidas de la base, del plato
giratorio y la
altura del vaso se llegó a la conclusión de que la varilla
roscada debería medir
50 cm de largo y ser de acero para resistir las deformaciones.
El diámetro de la
varilla roscada es de 1.27 cm y se seleccionó este diámetro para
que no se
deformara con el movimiento continuo de la base del gripper,
además se
deseaba que la base bajara lo más rápido posible, por lo tanto
la cuerda debería
ser estándar.
Para que la base del gripper pudiera bajar correctamente se
colocaron dos guías
de lamina de cero a base de frio (cold rolled) a los lados del
tornillo sin fin. Cada
guía está colocada a 3 cm de la varilla roscada y mide 50 cm de
largo. Las guías
y las chumaceras del tornillo sin fin se fijaron en dos barras
rectangulares de
aluminio de 10 cm de largo, 4 cm de ancho y 1.27 cm de
espesor.
En la parte posterior de la varilla roscada se colocó una barra
de aluminio de 50
cm de largo, 10 cm de ancho y 0.5 cm de espesor con el fin de
fijar las barras
que sujetan la varilla roscada y las guías. La figura 3.5
muestra el diseño de la
varilla roscada, las guías y las barras que los sujetan.
Figura 3.5 Varilla roscada y guías
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16
3.1.4. Motor de la varilla roscada
Para hacer girar la varilla roscada para que la base del gripper
subiera y bajara
se requirió de un motor que tuviera un torque y una velocidad
aceptables. Dicho
motor tendría que cambiar de sentido de giro continuamente y
tendría que ser
controlado por medio de un microcontrolador. Por tal motivo se
opto por utilizar
un motor de 12V de corriente directa y 5000 rpm. Este motor
cuenta con un
engrane en su eje de 1cm de diámetro y 18 dientes.
La varilla roscada tiene en su extremo superior un engrane de
dos centímetros
de diámetro y 20 dientes. La varilla roscada se conecta
mecánicamente al motor
por medio de una banda dentada de 5cm de diámetro y 4mm de
ancho. En la
figura 3.6 se muestra el diseño de este motor y los
engranes.
Figura 3.6 Motor y engranes de la varilla roscada
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17
3.1.5. Base de las pinzas
mecánicas (gripper)
Para que el gripper pueda subir y bajar a lo largo del tornillo
sin fin se diseñó una
base cuadrada de aluminio de 10cm de lago, 10 cm de ancho y 0.5
cm de
espesor. Dicha base cuenta con unas abrazaderas especiales que
se ajustan
perfectamente al servomotor utilizado. En la figura 3.6 se
muestra el diseño de
dicha base.
Figura 3.7 Base del gripper
3.1.6. Base del plato
Se diseño una base para el plato giratorio con el fin de sujetar
el motor y los
engranes que lo hacen girar. La base está hecha de lámina de
hierro de 1mm de
espesor y sus medidas son 16cm de largo, 15cm de ancho y 5cm de
alto. En la
figura 3.7 se muestra su diseño y sus medidas.
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18
Figura 3.8 Base del plato.
3.1.7. Motor del plato giratorio
Para lograr hacer girar el plato se requirió de un motor que
tuviera una baja
velocidad, pero un mayor torque. Por esta razón se decidió
utilizar un motor con
caja reductora, específicamente el motor modelo 200 de la marca
Autotrol. Este
motor varía su velocidad dependiendo del voltaje, al cual se le
aplicó un voltaje
de 12V para obtener una velocidad de 40 rpm. En la figura 3.9 se
muestra el
motor con caja reductora.
Figura 3.9 Motor con caja reductora
-
19
Para acoplar el motor con la base del plato se ocuparon dos
engranes. El primer
engrane está fijado en el eje del motor, tiene un diámetro de
2.6 cm, un espesor
de 8 mm y cuenta con 12 dientes con una separación de 3 mm entre
un diente y
otro (Figura 3.10).
Figura 3.10 Engrane 1
El segundo engrane está atornillado en la base de hierro, tiene
un espesor de 5
mm, un diámetro de 11.20 cm y consta de 88 dientes, los cuales
tienen una
separación entre sí de 2.5 mm (Figura 3.11).
Figura 3.11 Engrane 2
3.1.8. Plato giratorio
Se ha construido un plato giratorio de forma circular debido a
que se adapta
mejor al diseño de la máquina, también por la facilidad que
presenta para
limpiarlo y por lo práctico que resulta colocar los recipientes
que portan los
ingredientes. Además de esto, ocupa menos espacio que una
banda
transportadora aunque su función es similar (Figura 3.12). Este
plato tiene un
diámetro de 40 cm, un peso de 8.5 kg y está fabricado con
aluminio.
-
20
Figura 3.12 Plato giratorio.
3.2. Etapa de llenado
Esta es la segunda etapa en el proceso. Se puede considerar a
esta etapa como
la más sencilla de todas, puesto que únicamente consiste en
vaciar la cerveza
dentro del vaso.
3.2.1. Bomba sumergible
Para poder controlar la cantidad de cerveza e ingredientes
líquidos que se
vaciarán dentro del vaso anteriormente se consideró utilizar una
bomba externa
que succionara los ingredientes y los arrojara al vaso, pero por
motivos
económicos se decidió que es mejor opción utilizar una bomba
sumergible. Este
tipo de bombas son más baratas, pero tienen la desventaja de
producir mucha
espuma dentro del recipiente y sobretodo que tiene que estar
dentro de la
cerveza para poder funcionar. Es importante mencionar que el uso
de este tipo
de bomba puede causar problemas de higiene en la bebida, pero
por ser un
prototipo se utilizo una bomba sumergible ya que es mucho más
económica. La
bomba que utilizaremos será el modelo WP-5000, el cual tiene un
bajo consumo
de energía y se puede regular su potencia. En la figura 3.13 se
muestra su forma
física y en la figura 3.14 se muestra su ensamblaje. Esta bomba
utiliza manguera
de 1/8.
-
21
Figura 3.13 Bomba sumergible WP-5000
Figura 3.14 Ensamblaje de la bomba sumergible
3.3. Etapa de control
En esta sección se sincronizan y controlan todos los elementos
anteriores.
3.3.1. Puente H
Para poder controlar el sentido de giro del motor de la varilla
roscada se pensó
en primer lugar utilizar el integrado L293B, pero después de
realizar algunas
pruebas físicas se determinó que éste integrado no proporciona
la corriente
adecuada, por tal motivo se decidió construir un puente H a base
de transistores.
El diseño del circuito se muestra en la figura 3.15.
-
22
Figura 3.15 Puente H con transistores
Este puente H utiliza transistores MOSFET para mejorar su
eficacia, porque
consumen menos energía que un transistor bipolar para funcionar.
Los MOSFET
trabajan mediante la aplicación de un voltaje de compuerta
positivo o negativo.
Este tipo de transistores son extremadamente sensibles a
corrientes estáticas,
por lo que es importante tomar precauciones al momento de
montarlos.
En el diagrama de la figura 3.15 los diodos D1 y D4 desvían los
picos de tensión
negativa provocados por los motores, evitando que afecten a los
transistores.
Los transistores Q1 y Q6 son transistores NPN que controlan el
accionamiento
del motor de corriente directa.
Modo PARAR
Cuando la entrada A=0 y B=0, el motor para. Q1 y Q6 pasan a
estado de corte y
también pasan a ese estado los MOSFET Q2 y Q4 mediante R3 y
R4
respectivamente. Por lo que no hay circulación de corriente a
través del motor.
Modo ATRAS
Cuando la entrada A=0 y B=1 lógico (+5V), el motor girará hacia
atrás porque los
transistores Q1 y Q2 estarán en corte, Q6 se saturará a través
de R2 lo cual
enviará la compuerta de Q4 a tierra saturándolo. La terminal
negativa del motor
se conectará a 12V a través de Q4. Q3 se saturará a través de R5
y conectará la
terminal positiva del motor a tierra, lo cual manda a corte a Q5
evitando así un
corto circuito.
-
23
Modo ADELANTE:
Cuando la entrada A=1 lógico y B=0, el motor girará hacia
adelante porque
Los transistores Q6 y Q4 estarán en corte, Q1 se saturará a
través de R1 lo cual
enviará la compuerta de Q2 a tierra saturándolo. El terminal
positiva del motor se
conectará a 12V a través de Q2. Q5 se saturará a través de R7 y
conectará la
terminal negativa del motor a tierra, lo cual mandará a corte a
Q3 evitando así un
corto circuito.
Modo NO PERMITIDO
Si A=1 y B=1 entonces todos los MOSFET’s serán activados o
saturados lo cual
provocará que toda la corriente de la fuente de alimentación
pase a través de
ellos destruyéndolos.
El LED tricolor permite probar el circuito sin necesidad de
conectar el motor. Se
pondrá verde en una dirección y rojo en otra.
Los motores eléctricos producen una gran cantidad de ruido
debido a las
escobillas o carbones. También producen picos de tensión al
parar y al cambiar
de dirección. Los capacitores C1 y C2 tratan de suprimir al
máximo dichos picos.
Los picos negativos son suprimidos mediante D1, D2, D3 y D4.
La función del diodo Zener Z1 es mantener limitados los picos
positivos a no
más de 15V. Es recomendable mantener la fuente de alimentación
del motor
separada de la alimentación de la parte electrónica, de lo
contrario se deberán
tomar medias para el filtrado de los ruidos para evitar
inconvenientes.
Figura 3.16 Diseño de la placa del puente H
-
24
3.3.2. Microcontrolador
Para poder controlar el proceso se decidió utilizar un
microcontrolador. El
dispositivo seleccionado fue el ATMEGA8535 . En la figura 3.17
se muestra una
descripción de los pines de dicho microcontrolador.
Tal como se mencionó anteriormente en la descripción de entradas
y salidas, se
han destinado 5 bits del puerto B del microcontrolador
ATMEGA8535 para
manipular la entrada de datos; dos bits para señales que
provienen de los
sensores de fin de carrera (PB0 para indicar la posición de la
base de la pinza
arriba y PB1 para indicar la posición abajo), PB2 para la
entrada de la señal del
sensor de presencia el cual detecta si hay vaso, PB3 el que
ordenará el inicio del
proceso y a la vez el avance continuo de todos los elementos
móviles.
Se ocuparon 8 bits del puerto C y 8 bits del puerto D como
salidas, los 8 bits del
puerto C serán para mandar datos al LCD para informar al cliente
de la etapa
que se esté llevando a cabo. Dos bits se han utilizado para
controlar un motor
que dirige a la varilla roscada (PD0 y PD1), 2 bits para el
control de la
circunferencia de aluminio (PD2 y PD3), otro bit para el control
de la bomba de
Fluidos (PD4).El bit (PB5) se utiliza para el control del
servomotor que permitirá
la salida de polvos y los 2 bits restantes para manipular el
sentido de los
servomotores (PD6 y PD7).
Figura 3.17 ATMEGA8535
-
25
3.3.3. Etapa de potencia
Para poder entregar a los motores la corriente necesaria para su
buen
funcionamiento se diseñó una etapa de potencia. Los componentes
que se han
de usar para el diseño del esquemático de la etapa de potencia
son los
siguientes:
- Para la etapa de amplificación de señal 3 Transistores
TIP41
Para la etapa de potencia: dos relevadores Midtex 490-24B200 con
bobina a 12
VDC de dos polos y dos tiros cada uno con potencia máxima de
manejo de
1.5HP.
Descripción
En la figura 3.18 se muestra el diagrama del circuito de
potencia. La terminal
“+24” es la terminal en la que se tendrá el cable de
alimentación para el circuito
de potencia.
OJAPAN, OPASO, OPELTIER, son terminales a las que se les puede
conectar
el motorreductor que moverá el plato de los ingredientes.
LA terminal “CA” es otra terminal en donde se le conectara la
fuente de Corriente
Alterna para activarla.
OFAN u OVACCUM son terminales a las que se le puede conectar el
actuador
que funciona con Corriente Alterna en este caso la bomba de
fluidos.
JP1 son terminales en donde llegara la señal a 5VDC del
microcontrolador,
consta de 6 entradas, los tres primeros pines activan a los tres
primeros
transistores, los dos seguidos activan a los relevadores de
estado sólido y el
sexto y último la tierra de la fuente de 5 VDC, dichos pines
activan los
relevadores y transistores según la lógica de programación antes
descrita.
El calibre que comunicara del microcontrolador descrita
anteriormente a la etapa
de potencia, deberá ser de calibre 5. Posteriormente el calibre
que comunicara
de la etapa de potencia a él actuador de CA será del número 14
para soportar la
corriente con la que trabaja el actuador (Bomba).
Las terminales “+5V” y “GND” de la figura serán la alimentación
de los
actuadores de CD
Las terminales con la leyenda de “12V” será donde se conecte la
fuente de 12
Volts necesaria para activar las bobinas de los relevadores.
-
26
Figura 3.18 Etapa de potencia
En la figura 3.19 se muestra el diseño del circuito impreso de
la etapa de
potencia.
Figura 3.19 Circuito impreso de la etapa de potencia
-
27
3.3.4. Panel de control
Se pensó en un panel de forma tetragonal que será colocado en un
lugar visible
para el usuario. Se desea construir el panel con plástico y con
medidas de 14 cm
de largo, 12 cm de ancho y 6 cm de espesor. En la parte frontal
contará con dos
botones y dos LED’s que indicarán en paro y el arranque del
proceso.
Figura 3.20 Panel de control
Capítulo 4. Funcionamiento
En este capítulo se explica el funcionamiento en su totalidad
del prototipo. Como
ya se había explicado anteriormente el prototipo fue diseñado
para poder realizar
tres tareas, las cuales son; el proceso de escarchado, de
llenado y de control.
Se explicara la secuencia en la que la maquina realiza estos
tres procesos,
además de que se utilizara un diagrama de flujo para detallar el
funcionamiento
del prototipo.
Más adelante se irán explicando cada una de estas etapas, así
como las
medidas de higiene que se deben seguir para agregar los
ingredientes y la
manera en la cual se le debe dar mantenimiento a la maquina.
-
28
4.1. Descripción del funcionamiento
Una vez que se ha comprobado que hay vaso y los ingredientes
suficientes el
LCD indicará que el proceso ha iniciado y la maquina realizará
la siguiente
secuencia:
1. El plato giratorio se moverá y colocará el vaso en la
posición indicada.
2. El gripper bajará y tomará el vaso.
3. El plato girará.
4. El gripper bajará y sumergirá el vaso en chile líquido.
5. El gripper subirá el vaso y el plato girará.
6. El gripper bajará y sumergirá el vaso en chile en polvo.
7. El gripper subirá el vaso y el plato girará.
8. El gripper girará 180° y soltará el vaso.
9. El plato girará y colocará el vaso en la posición
adecuada.
10. Comenzará el proceso de llenado del vaso.
11. El plato girará y dejará el vaso en la posición final.
12. El LCD indicará que el proceso ha terminado y que el usuario
puede
tomar el vaso.
-
29
4.2. Diagrama de flujo
El siguiente diagrama de flujo describe el proceso de
preparación de la bebida.
-
30
Fig.4.1 Diagrama de flujo del funcionamiento del prototipo
-
31
Capítulo 5. Manual de
usuario
En este capítulo se explicara cual es la forma correcta de
operar la maquina, así
como también se dará una pequeña descripción del prototipo, en
el cual se
hablara de qué cantidad de micheladas es capaz de preparar por
hora. Es
importante mencionar los materiales que fueron utilizados en la
construcción de
esta.
Por otro lado se explicara el ensamblaje de la maquina, por tal
motivo se
mencionaran las partes fundamentales de la maquina como lo son;
los motores
de CD, las bandas de hule, los engranes, las varillas roscadas,
entre otras cosas
más que conforman a la maquina
-
32
5.1. Descripción de la máquina
Máquina automática para la preparación de micheladas. Su
producción media es de una
michelada cada 5 minutos, es decir, 120 micheladas/hora.
La máquina utiliza vasos de 250 mililitros para su
funcionamiento. En una carga
completa del contenedor de cerveza se obtienen 32
micheladas.
Operación sencilla por medio de un panel de control y un
LCD.
5.2. Características de la máquina
Material: aluminio.
Capacidad del contenedor de cerveza: 8 litros.
Tipo de producto: michelada.
Fuente de alimentación: 127 V de corriente alterna.
5.3. Ensamble de la máquina
La máquina consta de partes necesarias para su funcionamiento. A
continuación se
enlistan cada una de ellas.
1. Motor de corriente directa de la varilla roscada.
2. Banda.
3. Varilla roscada.
4. Guías.
5. Bases de la varilla roscada.
6. Base del gripper.
7. Servomotores.
8. Gripper.
9. Extensiones del gripper.
10. Base del plato giratorio.
11. Engrane de 88 dientes.
12. Engrane de 18 dientes.
13. Motor reductor.
14. Plato giratorio.
15. Contenedores de ingredientes.
16. Base principal.
17. Base del contenedor de cerveza.
18. Contenedor de cerveza.
19. Bomba sumergible.
20. Manguera de la bomba sumergible.
21. Panel de control.
22. Engrane del motor de la varilla roscada.
23. Engrane de la varilla roscada.
24. Soporte de las bases de la varilla.
25. Acoplamiento del plato giratorio.
-
33
Figura 5.1 Partes de la máquina
Figura 5.2 Partes de la máquina
-
34
Figura 5.3 Partes de la máquina
Figura 5.4 Partes de la máquina
5.4. Operación
Después de ensamblar la máquina se conectará el cable de
alimentación a una toma de
120V de corriente alterna, en ese momento se encenderá el LED
verde del panel de
control y el LCD, indicando que la máquina se encuentra
energizada. Posteriormente se
encenderá el indicador visual de nivel en el contenedor de
cerveza.
Para que la máquina comience a funcionar primero se deberá
colocar un vaso en el
lugar indicado, posteriormente se deberá presionar el botón de
arranque en el panel de
-
35
control. En caso de no existir vaso en la máquina aparecerá un
mensaje en el LCD del
panel de control indicando que no hay vaso.
Si se presenta algún problema en el transcurso del proceso, el
usuario puede detener
manualmente la maquina con un botón de paro de emergencia
ubicado en el panel de
control. Dicho botón detiene el proceso inmediatamente y
reinicia el proceso cuando se
presiona el botón de inicio.
Durante el funcionamiento de la máquina es normal escuchar un
ruido cuando baja la
base del gripper y cuando el motor de la base giratoria comienza
a funcionar.
Cuando el contenedor de cerveza se encuentre vacío o con poca
cantidad de líquido se
mostrará en el LCD un mensaje. Además, cuando el contenedor esté
completamente
vacío sonará una alarma que indicará al operador que hay que
llenar el contenedor con
cerveza.
Para apagar la máquina se tendrá que presionar el botón de paro,
posteriormente
apagar el interruptor principal y finalmente desconectar los
cables de alimentación.
Al término de una jornada de trabajo el operador de la máquina
deberá revisar las
condiciones de los ingredientes. Se recomienda quitar el
contenedor de cerveza de la
máquina y mantenerlo en un lugar frío para conservar las
condiciones óptimas de la
cerveza. También se recomienda tapar los contenedores de chile
con unas tapaderas.
-
36
Capítulo 6. Mantenimiento
Tomando en cuenta que la máquina prepara bebidas para el consumo
humano
es de vital importancia limpiar toda pieza que esté en contacto
directo con la
cerveza y los ingredientes después de una jornada de
trabajo.
En este capítulo se hablara del mantenimiento de la maquina, a
si como es la
lubricación de sus piezas, la limpieza de sus recipientes, y el
funcionamiento
ideal de sus motores, entre otros componentes que más adelante
se irán
mencionando.
-
37
6.1. Lubricación de las piezas
La lubricación de las piezas es muy importante, pues asegura el
buen funcionamiento de las partes móviles de la máquina. El
lubricante reduce el rozamiento de las partes, protege las partes
del polvo y de la herrumbre, absorbe el calor producido y atenúa
las vibraciones generadas durante el funcionamiento. La lubricación
se debe realizar con grasa blanca de alta calidad y pureza. Se
recomienda utilizar grasa de la marca “Ritetek”, empresa
especializada en productos para mantenimiento de maquinaria para
alimentos. Se recomienda lubricar la base giratoria y la base del
gripper cada 30 días.
6.2. Motores
En los motores se recomienda revisar periódicamente:
La continuidad de los cables de alimentación para descartar
rupturas.
Las condiciones del aislamiento de los cables para evitar
cortocircuitos en el motor.
Que los tornillos que sujetan el motor estén montados
correctamente para evitar problemas mecánicos.
Las condiciones de la banda del proceso de escarchado.
6.3. Interruptores de fin de carrera
Se recomienda verificar el buen estado de los interruptores de
fin de carrera
antes de encender la máquina. Esta verificación se realiza
manualmente
haciendo presión sobre cada interruptor, si esté produce un
sonido parecido al
clic de un mouse indica que se encuentra en buen estado.
-
38
Capítulo7.Justificación
económica
En la siguiente sección se hace una lista de los precios de cada
uno de los
elementos que se utilizaron para realizar la máquina y al final
se calcula el precio
total.
Cabe mencionar que estos gastos son netos respecto al prototipo,
sin embargo
no se agregaron componentes y dispositivos que se adquirieron
pero fueron
remplazados por otros debido a que hubo cambios en el transcurso
de la
elaboración del prototipo, por otra parte también hubo
componentes que
sufrieron daños y por consiguiente se tuvieron que adquirir
nuevos, obviamente
esto implicó gastos extras.
-
39
7.1 Precios
A continuación se muestra un listado con los elementos
utilizados en la
realización del proyecto.
PARTE MECÁNICA
Solera
12.7 mm de ancho
101.6 mm de largo
1000 mm de alto
Peso de 3.5 kg
Precio $332.81
Solera
7 mm de ancho
101.6 mm de largo
1000 mm de alto
Peso 3 kg
Precio $270.50
Solera
12.7 mm de ancho
101.6 mm de largo
500 mm de alto
Precio $170.00
Angulo de Solera a 90 grados
40 mm de ancho
100 mm de largo
50 mm de alto
Precio $ 78.00
-
40
Barra Aleac 6061T-6
2 mm de Ancho
26 mm de Largo
1000 mm de Alto
Precio $ 40.13
Circunferencia de Aluminio
366 mm de diámetro
27 mm de ancho
Precio $ 600.00
Varilla Cold Rolled Redondo
12.7 mm de Diámetro
2000 mm de Largo
Precio $97.37
Varilla Roscada Galvanizada
12.7 mm de Diámetro
1000 mm de Largo
Precio $60.32
Nailamo
Diametro-1 27mm
Diametro-2 12.7mm
Largo 500 mm
Precio $40.00
Chumacera Hexagonal
12.7 mm de Diámetro
7 mm de Ancho
Precio $40.00
-
41
Angulo de acero a 90 grados
5 mm de ancho
37 mm de largo
100 mm de alto
Precio $50.00
Soporte de acero
500 mm de alto
150 mm de largo
Precio $250.00
Engranaje
Varios
Precio $50.00
Banda Dentada
Precio $15.00
Rodamiento
Precio $30.00
Motores de CD
Precio $250.00
Servomotores
Precio $ 430.00
-
42
Gripper para Servomotores Hitec
Precio $ 380.00
Bomba para Fluidos Tipo Centrifuga y bomba para ingredientes
Precio $ 800.00
Tornillos
Varias medidas
Precio $80.00
ELECTRONICA
Material que se requiere para el diseño y armado de circuitos
como son:
Otros Tipos de Materiales y Mano de Obra
Fuentes de Alimentación de 12 y 24 Volts
Placas Para Circuitos Impresos
Precio de Suma $ 1000.00
ATMEGA 8535 ATMEL
Transistores DAC
Protoboards
Pantalla LCD
Relevadores
Capacitores
Diodos LED
Resistores
Diodos
Cable
Entre otros
Precio de la parte electrónica $1000.00
TOTAL DE GASTOS: $6064.13
-
43
Capítulo 8. Resultados
En este capítulo se hace un resumen de la construcción de la
máquina, los
resultados y mediciones obtenidos en la práctica y las
modificaciones realizadas.
En los primeros meses la tarea principal fue investigar el marco
teórico del tema,
conocer las propiedades, historia y proceso de producción de la
cerveza, el
modo de preparación de una michelada y la importancia de la
industria
cervecera en México.
Posteriormente se estableció el problema, el objetivo general y
los objetivos
específicos, la justificación y el calendario de actividades. Se
analizaron algunas
posibles soluciones al problema y se escogieron las que parecían
las mejores.
Más adelante se irán explicando dichas soluciones.
-
44
8.1 Resultados
El primer problema a resolver fue el escarchado. Así que se
propuso utilizar un
gripper. Para poder controlar este gripper se utilizó un
circuito PWM analógico
usando el integrado LM555.
Figura 8.1 Circuito PWM con lm555
Figura 8.2 Gripper controlado con PWM analógico
Este circuito PWM analógico tenía que ser controlado manualmente
por medio
de un potenciómetro, lo que resultaba demasiado incomodo e
inadecuado.
El siguiente problema fue girar el vaso 180° para poder
sumergirlo en chile. La
primera propuesta de solución fue construir un brazo mecánico
para el gripper
(Figura 8.3), pero como resultaba demasiado caro y complicado de
modelar se
decidió buscar otras alternativas.
-
45
Figura 8.3 Brazo manipulador para el gripper
Gracias a la asesoría del profesor José Manuel Valencia se
decidió construir una
base para el gripper con una varilla roscada para que pudiera
subir y bajar de
manera más rápida que con el brazo manipulador. Así mismo se
planeó construir
una base giratoria que contuviera los ingredientes.
Primero se construyó la base de hierro necesaria para la base
giratoria (Figura
8.4).
Figura 8.4 Construcción de la base de hierro
El siguiente paso fue conseguir los engranes y el motor reductor
necesario para
la base (Figura 8.5).
-
46
Figura 8.5 Engrane de la base giratoria
Después se acoplaron la base de hierro, los dos engranes y el
motor reductor
(Figura 8.6).
Figura 8.6 Base giratoria armada
Al terminar de armar la base giratoria, el siguiente paso fue
colocar las
chumaceras en las bases rectangulares para poder colocar la
varilla roscada
(Figura 8.7).
Figura 8.7 Colocación de la chumacera
Posteriormente se cortaron y sujetaron la varilla roscada y las
guías en la base
de aluminio (Figura 8.8).
-
47
Figura 8.8 Varilla roscada y guías.
Posteriormente se soldó una chumacera hexagonal con un pedazo de
metal
rectangular para hacer la base del gripper (Figura 8.9).
Figura 8.9 Chumacera hexagonal
Después se colocó la base posterior y se tomaron medidas para
hacer la base
del gripper (Figura 8.10).
Figura 8.10 Varilla roscada y guías armadas.
La siguiente tarea fue construir la base y las pinzas del
gripper para que pudiera
sujetar el vaso correctamente (Figura 8.11).
-
48
Figura 8.11 Base y pinzas del gripper.
Después se construyo la base general donde se fijaron la base
giratoria y la
varilla roscada con su soporte (Figura 8.12).
Figura 8.12 Base general
El último paso para terminar con la base giratoria fue colocar
el plato con los
contenedores de los ingredientes (Figura 8.13).
Figura 8.13 Plato con contenedores.
-
49
El prototipo final se muestra en la siguiente figura:
Figura 8.14 Prototipo final
Por comodidad se decidió utilizar el microcontrolador ATMEGA8535
para
controlar el servomotor del gripper (Figura 8.15)
Figura 8.15 Microcontrolador ATMEGA8535
-
50
También se construyó el circuito de potencia (Figura 8.16).
Figura 8.16 Circuito de potencia
Se incorporó un LCD al microcontrolador para que muestre los
mensajes al
usuario de la máquina (Figura 8.17).
Figura 8.17 LCD
-
51
Mejoras a futuro
Como se menciona al principio, este es un prototipo enfocado
únicamente a
automatizar el proceso de preparación de una michelada, por lo
tanto hay
muchas mejoras que se pueden realizar para mejorar su
funcionamiento.
Algunas propuestas son:
Agregar ingredientes y tamaños de vaso de la michelada.
Implementar un sistema de enfriamiento para la cerveza.
Agregar un sistema de cobro.
-
52
Conclusiones
Se logro cumplir el objetivo general del proyecto que consistía
en diseñar e
implementar una máquina que prepare micheladas. Sin embargo hubo
algunas
complicaciones que se presentaron en la construcción del
prototipo; en primer
lugar se enfrento con la parte mecánica, lo cual fue lo que más
tiempo demandó,
debido a que el sistema educativo de la ESIME Zacatenco en la
carrera de ICE
no ofrece enseñanza en la parte mecánica, por consiguiente se
requirió de
tiempo para investigar sistemas de reducción y fuerza de motores
de CD.
Gracias a que el prototipo tuvo una excelente arquitectura en la
parte
mecánica, la automatización fue más sencilla, por lo cual no fue
necesario el uso
de motores de CA para la manipulación del gripper y del plato
giratorio, lo cual
hizo que el prototipo redujera costos.
En segundo lugar se encontró el problema de la higiene, donde
los productos de
consumo humano como la cerveza, el chile el limón y la sal no
debían estar
expuestos en ningún medio donde estos fueran contaminados. Por
consiguiente
se utilizaron recipientes de plástico como los que se usan
comúnmente en
cafeterías y tiendas de autoservicio.
En la parte de succión fue utilizada una bomba sumergible, la
cual no da gran
calidad de higiene, pero por ser este un prototipo y por razones
de economía se
utilizo este tipo de bomba, sin embargo se sugiere sustituir por
una bomba que
cumpla con las normas de higiene para este tipo de servicio.
En tercer lugar se enfrento con las fuentes de información ya
que aun no existe
en el mercado una máquina capaz de realizar esta función, por lo
cual cada
pieza y dispositivo de este prototipo fue sugerido por
estudiantes de la ESIME.
En cuanto a los objetivos específicos se alcanzaron los
siguientes:
Se logró implementar un sistema de escarchado.
Se logró implementar un sistema de llenado.
Se logró implementar un sistema de control.
-
53
Bibliografía
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Pearson
Education, 1998.
Palacios Municio Enrique, Remiro Domínguez Fernando, López
Pérez
Lucas. 2007. Microcontrolador PIC16F84, segunda edición. México:
Grupo
Editor Alfaomega, 2007.
Pallás Areny Ramón. 2001. Sensores y acondicionadores de señal.
México:
Alfaomega Grupo Editor, 2001.
Ritetek: http://www.ritetek.com.mx/
http://www.canicerm.org.mx/http://www.ritetek.com.mx/
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Glosario técnico
Escarchar: Cubrir un objeto con una sustancia que semeje la
escarcha. En las
bebidas el proceso de escarchado se realiza sumergiendo la
orilla de un vaso en
un líquido y posteriormente en un polvo (por ejemplo chile o
sal).
Herrumbre: Óxido de hierro, en especial en la superficie de
objetos de hierro en
contacto con la humedad.
Michelada: Bebida alcohólica de origen mexicano que se prepara
mezclando
cerveza, sal y chile. En algunos casos suelen mezclarse más
ingredientes como
jugo de limón, diversos tipos de salsas y hielos dependiendo de
la región y de
los gustos de la persona.
Rebote de contacto: Cualquier dispositivo mecánico de
conmutación consiste
en un brazo móvil de contacto dotado de alguna clase de sistema
de muelle.
Cuando el brazo se mueve de una posición estable a otra el brazo
rebota, lo
mismo que cuando una bola de materia dura choca con una
superficie también
dura. El número de rebotes que ocurren en el periodo de rebote
difiere en cada
dispositivo de conmutación y de la fuerza de conmutación y de la
fuerza con que
se actúa sobre el pulsador.
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ANEXOS
Anexo 1. Proceso de producción de la
cerveza
El proceso de producción de la cerveza consta de cinco pasos
principales.
1. Braceado
1.1. Los granos de cebada se lavan y mojan hasta que comienza
la
germinación.
1.2. Una vez comenzada la germinación, se deja crecer el tallo
hasta
una altura igual o menor al tamaño de la semilla.
1.3. Posteriormente el germen se cuece a diferentes
temperaturas
hasta tener menos de 6% de humedad. El producto final es
conocido como malta.
1.4. Se muele la malta.
1.5. Se mezcla la harina de malta con agua en calderas de
maceración.
Existen dos métodos de maceración principales:
1.5.1. Método por infusión.
Es usado para cervezas de fermentación alta. En este método
se calienta progresivamente la caldera hasta los 60ºC; se
detiene el calentamiento y posteriormente se continúa
calentando hasta los 72ºC antes de realizar la extracción
del
líquido.
1.5.2. Método por decocción.
Es usado para cervezas de fermentación baja. La mezcla de
malta se divide en dos calderas, la primera se calienta a
una
temperatura aproximada de 55ºC y la segunda caldera se
calienta a 90ºC. Posteriormente el mezclan ambos líquidos.
1.6. Se separa el mosto (liquido resultante de la maceración)
del
bagazo insoluble (residuos sólidos de la maceración).
2. Cocción
2.1. Se hierve el mosto con el fin de eliminar bacterias.
2.2. Se adiciona lúpulo, planta cuyo fruto proporciona el aroma
y el
sabor amargo de la cerveza.
3. Fermentación
3.1. El mosto se enfría entre 15 y 20ºC se le agrega levadura y
se
almacena en cubas para su fermentación. Durante este proceso
se
genera calor, por lo que es necesario enfriar las cubas a
una
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temperatura adecuada. Los productos finales son cerveza y
CO2.
Existen tres tipos de fermentación:
3.1.1. Fermentación alta.
Para cervezas oscuras. Este tipo de fermentación dura de 4 a
6
días a una temperatura entre los 18 y 25ºC.
3.1.2. Fermentación baja.
Para cervezas claras. Este tipo de fermentación dura de 8 a
10
días a una temperatura entre los 6 y 10ºC.
3.1.3. Para cervezas belgas. En este tipo de fermentación dura
años y
no se agrega levadura.
4. Filtrado
Antes del envasado es necesario realizar un filtrado de la
cerveza para
eliminar posibles sedimentos. Los métodos más utilizados son
la
centrifugación y el pre filtrado.
5. Envasado
Existen dos presentaciones principales a nivel comercial:
5.1. Barril.
Se realiza una micro filtración para eliminar restos de
levaduras y
posteriormente se llena en frío.
5.2. Latas y botellas.
Se utiliza la pasteurización para eliminar cualquier presencia
de
microorganismos.
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Anexo 2. Calendario de actividades
Calendario de actividades realizadas:
Mes Actividades
Febrero 2011 Seleccionar un proyecto y justificarlo.
Marzo 2011 Investigar el estado del arte de nuestro
proyecto.
Abril 2011 Realizar el diseño del prototipo.
Mayo 2011 Realización de pruebas con el gripper.
Junio 2011 Construcción de la base giratoria.
Julio 2011 Construcción de la base del gripper.
Agosto 2011 Construcción de la base general de la máquina.
Septiembre 2011 Unión de los elementos de la máquina y conexión
de los motores utilizados.
Octubre 2011 Desarrollo del programa del microcontrolador, del
puente H y de la etapa de potencia.
En el mes de noviembre se planteo:
Mes Actividades
Noviembre 2011 Construir la base del contenedor de cerveza.
Construcción del panel de control. Ajustar detalles en la
programación de la máquina.
