Resumen

Este reporte de investigación contiene los resultados obtenidos en el diseño y fabricación de una mezcladora de semillas, elaborada para mejorar el proceso de producción de los dulces típicos mexicanos más comunes que son las “alegrías”, ya que actualmente los fabricantes se encuentran realizándolo de una forma artesanal y tienen varias dificultades al momento de elaborar la mezcla como lo son; el desgaste físico, baja producción, mezcla no homogénea entre otras. Por lo que la máquina resuelve  los problemas antes ya mencionados ya que es  innovadora, segura, eficiente y de bajo costo. Se puede decir que la mezcladora es un producto viable y de calidad que ayudara a los productores de dulces típicos a incrementar su producción con un mínimo de inversión  ya que el costo de fabricación estándar obtenido nos garantiza  que el precio de venta de nuestra máquina estará muy por debajo que el de las que se comercializan en el mercado nacional.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Actualmente los productores de dulces típicos mexicanos realizan la mezcla del amaranto y la miel de forma artesanal para la fabricación de la alegría mediante una forma manual, la cual causa un gran número de desventajas, entre las más importantes están  cansancio y una mezcla no homogénea de mala calidad.

Una mezcla uniforme y homogénea es una etapa importante en el proceso para elaborar las alegrías. Por lo que se busca lograrlo con una máquina de diseño compacto, innovadora, segura, eficiente y de bajo costo.

Por lo anterior y en base al estudio de mercado realizado a diversos productores, se desarrolla la mezcladora de semillas  que permita aumentar la producción de dulces típicos mexicanos con higiene, ya que los componentes principales están fabricados de acero inoxidable grado alimenticio, asegurando una mezcla homogénea que permita satisfacer las necesidades de las personas dedicadas a elaborar los exquisitos dulces típicos y permita incrementar su producción debido a que los tiempos de mezclado.

Antecedentes

La fabricación  de alegría

El amaranto, llamado también “huautli”, es uno de los cultivos más tradicionales en la zona rural de la Ciudad de México, se cultiva principalmente en el poblado de Tulyehualco. Actualmente el amaranto se aprovecha casi en su totalidad por su gran valor nutritivo, con la semilla se elaboran infinidad de alimentos, el más conocido es la alegría cuya elaboración data de la época de Moctezuma.

La alegría es la forma más popular de consumir el amaranto actualmente, se prepara tostando las semillas que posteriormente se mezclan con miel o azúcar, la mezcla se moldea y se empaca para su venta.

Uno de los pasos más importantes para elaborar un alimento es el mezclado. Una mezcla inadecuada resulta en la falta de uniformidad  y distribución de ingredientes importantes. Conocer los fundamentos del proceso de mezclado y los tipos básicos de mezcladoras permite a un productor optimizar la  fabricación.

Tipos básicos de mezcladoras:

• Verticales
• Horizontale
• De tambor

Objetivo

General:

Diseñar y fabricar una máquina mezcladora de semillas horizontal, que satisfaga las necesidades de las medianas y grandes empresas dedicadas a la elaboración de dulces tradicionales.

Específicos:

1. Simular mediante un software el correcto funcionamiento de la máquina.
2. Utilizar aceros inoxidables que cumplan con las especificaciones de grado alimenticio.
3. Aumentar la producción de dulces típicos.

Justificación

Desarrollar una máquina mezcladora de semillas, económica, innovadora, de calidad y eficiente que apoye a fabricantes de dulces típicos  mexicanos a incrementar su producción para ser más competitivos y cumplir con la alta demanda de alegrías que se presenta actualmente, a través de una mezcla homogénea y uniforme del producto.

Hipótesis

Elaborar una mezcladora de semillas segura, eficiente y que utilice aceros grados alimenticio, con la innovación de un husillo doble helicoidal desmontable facilitando la Intercambiabilidad para que la máquina realice diversas tareas, conjuntamente a lo anterior cuenta con un control de temperatura que otorga un uso variable que se adapta a las necesidades de fabricación en la empresa con una capacidad de 12 kg por carga,  que ayude a la elaboración de dulces típicos mexicanos.

Uno de los múltiples beneficios de la máquina es que brinda una puerta de evacuación frontal, evitando que el trabajador vierta manualmente el contenido de la tina, esto tendrá impacto en una disminución de desgaste físico.

Método (materiales y procedimiento)

La metodología utilizada para el diseño y fabricación de la la mezcladora de semillas es la empleada para el desarrollo de productos manufacturados la cual nos permite la creación de maquinaria.

Las actividades realizadas para cumplir con los objetivos y metas del proyecto son:

1. Estudio de mercado. Es la actividad con la que se inicia la metodología y la información debe contener el análisis de las necesidades de dicho mercado, la magnitud del mismo, su ubicación geográfica y algunas otras características. Debe dar, además, una idea clara del precio que dichos usuarios o consumidores pueden pagar por el producto, para conocer su viabilidad en el mercado.
2. Características del producto. Se traducen las necesidades del mercado a características generales del producto satisfactor, estableciendo los objetivos (generales y específicos), criterios de diseño, especificaciones y restricciones.
3. Dibujos previos. Se plasma en un bosquejo la mejor solución posible que muestre las formas y elementos de la mezcladora que den respuesta a los criterios de diseño establecidos.
4. Esquemas. Se utilizan símbolos normalizados para la representación de la interacción de los elementos y mecanismos de la mezcladora que actúan en la transmisión de los movimientos a diversos órganos y los aparatos de mando a distancia.
5. Cálculos. Se utilizan los procedimientos técnicos para determinar la geometría, materiales y dimensiones de todos los componentes de la mezcladora.
6. Dibujos de estudio. Se realiza el ensamble de todos los componentes, afín de detectar errores o faltantes en los elementos de máquina anteriormente calculados.
7. Prototipo. Consiste en la construcción de la mezcladora utilizando diferentes procesos de fabricación tales como soldadura, corte, doblez y maquinados.
8. Pruebas de funcionamiento. Se realiza un programa de pruebas que permitan satisfacer plenamente lo especificado inicialmente: voltaje de alimentación, velocidad, consumo de energía, capacidad de producción. En caso de que alguna prueba resultara insatisfactoria se realizarían los ajustes y modificaciones pertinentes.
9. Dibujos de detalle. Definir cada una de las piezas que forman el producto (estructura, tina, husillo, motor eléctrico, poleas, banda rodajas, etc.) estableciendo sus formas geométricas, dimensiones nominales, tolerancias, material de que está fabricada la pieza, tratamientos en su caso y acabados en su caso para cada pieza.
10. Dibujos de conjunto. Definir la relación física que guardan las piezas que lo integran, la identificación con números o letras de cada una de las piezas que forman el sistema y se muestra el número de ellas que intervienen en cada conjunto.

Galería Método

Resultados

Estudio de mercado

Con la investigación buscamos saber si nuestro producto es viable en el mercado enfocándolo a los productores de dulces típicos ubicados en la Ciudad de México y Estado de México, utilizando como herramienta la encuesta con una serie de preguntas abiertas y cerradas. Se calculo el número de encuestas a realizar utilizando la fórmula para calcular el tamaño de muestra para poblaciones finitas, dándonos como resultado una muestra de 35 productores.

A continuación se muestran solamente los resultados de las 2 preguntas más significativas (Figura 1).

En base a los resultados obtenidos  llegamos a una conclusión que la mezcladora de semillas tipo horizontal es la que sería más demandada por las Pymes, debido a que el 72% de los encuestados están dispuestos a invertir en un una nueva máquina y  el 77 % estaría dispuesto a comprar una nueva mezcladora, por lo anterior podemos decir que nuestra maquina es viable para el gran mercado de dulces típicos.

Características del producto

Criterios de diseño:

-De fácil operación.

-Económica.

-Mínimo  mantenimiento.

-Fácil limpieza.

-Segura.

-Fácil transportación.

-Diseño compacto.

Tamaño:

-Ancho: 60 cm.

-Largo: 65 cm.

-Altura: 105  cm.

-Capacidad máxima: 15 kg.

-Velocidad: 55 rev/min.

Dibujos previos

A continuación se muestra la mejor solución planteada en un dibujo que muestra las formas y elementos de la mezcladora de semillas  que den respuesta a los criterios de diseño (Figura 2 y 3).

Esquemas

Los esquemas requeridos en la mezcladora de semillas (Figura 4 y 5) son:

Cálculos

La estructura de la mezcladora de semillas fue analizada y modelada utilizando el software solidworks con el cual se determinaron los esfuerzos principales a los que la estructura  será sometida, validando que el acero estructural ASTM A 36 (PTR  de 1×1 in) otorga los requerimientos necesarios para soportar los esfuerzos y deformaciones generados por todos los elementos, así como los que resulten por el mezclado de los 15 kg de carga que están propuestos en las características del producto (Figura 6).

Dibujos de estudio

Se muestran los dibujos que nos permiten visualizar la integración de todos los elementos (Figura 7 y 8).

Prototipo

Se muestran fotografías que nos permiten apreciar los componentes ensamblados del prototipo de la mezcladora de semillas (Figura 9 y 10).

Pruebas de funcionamiento

Las pruebas que debe cumplir nuestra máquina para homogeneizar materiales son realizadas de acuerdo a la norma para molinos mezcladores.

Prueba de tensión de alimentación.

Se conecta el vóltmetro entre las terminales del motor y se energiza éste a la red de 220 volts de C.A.

La lectura del vóltmetro tomada fue de 234.4 V, lo cual quiere decir que está dentro del rango de lo establecido en la norma para molinos mezcladores que indica que el motor debe operar a una tensión trifásica de 220 V de C.A. con una tolerancia de +-10% (Figura 11).

Prueba de velocidad.

Se carga la mezcladora de semillas a su capacidad nominal de 12 kg y se pone a funcionar, cuando la velocidad se haya estabilizado (a los 30 segundos de iniciar la marcha) se hace contacto con el tacómetro en la punta de la flecha del motor y se toma la lectura.

La velocidad de la mezcladora a plena carga es de 1750 rev/min que de acuerdo a la norma para molinos mezcladores (Figura 12).

Prueba de consumo de energía.

Se energiza el motor a la red de alimentación de 220 volts de C.A., estando funcionando la mezcladora de semillas a plena carga, se mide la corriente en cualquier fase.

El resultado fue un consumo de corriente de  3.9 A, quedando dentro del rango establecido en la norma para molinos mezcladores (Figura 13).

Prueba de capacidad de producción.

Se carga la mezcladora de semillas de acuerdo a su capacidad (12 kg por carga)  y se pone a funcionar a toda su velocidad, cuando la carga se haya mezclado totalmente, se toma el tiempo transcurrido.

La máquina mezclo su carga totalmente en un tiempo de 12 minutos con 58 segundos (Figura 14).

Prueba de limpieza.

Se realizó la limpieza utilizando líquidos satinados para la desinfección de todos los elementos que están en contacto directo  con la mezcla y prolongar la vida útil de la máquina, así como asegurar una calidad óptima de los alimentos frente a influencias químicas garantizando la higiene de los dulces típicos a elaborar (Figura 15).

Dibujos de detalle

A continuación se muestran algunos  dibujos de los componentes de la mezcladora (Figura 16, 17 y 18).

Dibujos de conjunto

Se muestra un dibujo en explosión que muestra todos los componentes de nuestra mezcladora de semillas (Figura 19).

Galería Resultados

Discusión

Su capacidad de 12 kg  asegura una mayor producción por arriba de lo que se obtiene en forma artesanal, además es de fácil operación ya que cuenta con una perilla para el control de temperatura, y un botón de paro y arranque para el funcionamiento del husillo, es una máquina muy  segura ya que tiene un botón de emergencia y un microswitch que corta la energía cuando se abra la tapa de alimentación cuando esté funcionando; es de tamaño compacto que la hace ideal para espacios de trabajo pequeños  es de fácil poder remover restos de los ingredientes utilizados en la mezcla.

El mantenimiento requerido será mínimo, debido a que solo se enfoca a lubricar las piezas móviles y reemplazar solo aquellas que cumplan con su vida finita. Además podemos decir que es de fácil transportación ya que cuenta rodajas fijas y móviles para poderla desplazar con un mínimo de esfuerzo. Por todo lo anterior podemos asegurar que la mezcla-tec es un desarrollo tecnológico que busca atender las necesidades de los productores de dulces típicos.

Conclusiones

En base a los resultados que se han obtenido  podemos concluir que la máquina es un producto viable y de calidad, que ayudara a los productores de dulces típicos a incrementar su producción con un mínimo de inversión  ya que el costo de fabricación estándar  obtenido nos garantiza  que el precio de venta de nuestra máquina estará  muy por debajo que el de las máquinas que se comercializan en el mercado nacional. Mezcla-tec es un producto innovador y de bajo costo, que busca apoyar a las micro, pequeñas y medianas empresas dedicadas a la elaboración dulces tradicionales, debido a que garantiza una mezcla homogénea y uniforme.

Bibliografía

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography