universidad técnica de cotopaxi unidad de ciencias de la ingeniería y aplicadas especialidad ...

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y APLICADAS
ESPECIALIDAD ELECTROMECÁNICA
TEMA:
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DE PRUEBAS
PARA EL CONTROL DE TIEMPO, TEMPERATURA Y HUMEDAD
EN LA EXPERIMENTACIÓN DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN
PARA LA CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL DE LA
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI”.
Previa a la obtención del Título de Ingeniero en Electromecánica
POSTULANTES: LÓPEZ MARTÍNEZ ALEX ERNESTO
ZAMBRANO BARRIGA DIEGO SEBASTIÁN
ING. RAÚL REINOSO
DIRECTOR DE TESIS
LATACUNGA 2014
(cid:1)
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y
APLICADAS
Latacunga – Ecuador
(cid:1) (cid:1)(cid:1) (cid:1)
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO
En calidad de Miembros del Tribunal de Grado aprueban el presente Informe
Técnico de Investigación de acuerdo a las disposiciones reglamentarias emitidas
por la Universidad Técnica de Cotopaxi, y por la Unidad Académica de Ciencias
de la Ingeniería y Aplicadas, por cuanto, los postulantes:
(cid:1) López Martínez Alex Ernesto, y
(cid:1) Zambrano Barriga Diego Sebastián.
Con el Titulo de Tesis(cid:1)“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DE
PRUEBAS PARA EL CONTROL DE TIEMPO, TEMPERATURA Y
HUMEDAD EN LA EXPERIMENTACIÓN DEL PROCESO DE
DESHIDRATACIÓN PARA LA CARRERA DE INGENIERÍA
AGROINDUSTRIAL DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI”.
Han considerado las recomendaciones emitidas oportunamente y reúne los méritos
suficientes para ser sometidos al acto de Defensa de Tesis.
Por lo antes expuesto, se autoriza realizar los empastados correspondientes, según
la normativa institución.

Latacunga, 30 de Mayo del 2014.
Para constancia firman:
………………………………
Ing. Edwin Moreano MgC.
PRESIDENTE
.………………………… …………………………
Ing. Cristian Gallardo Dr. Galo Terán
OPOSITOR MIEMBRO TRIBUNAL
(cid:1)
AUTORÍA
Se pone en conocimiento que el actual informe es el resultado de la investigación
de los autores, quienes basados en sus nociones, exploración documental e
investigación científica han llegado a la determinación de las conclusiones y
recomendaciones detalladas en la investigación. Por tanto se asume la
responsabilidad de la misma.
……………………………… ……………………………………
Alex Ernesto López Martínez Diego Sebastián Zambrano Barriga
C.C. 172189946-4 C.C. 050350526-5
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AVAL DEL DIRECTOR DE TESIS
En calidad de Director de Trabajo de Investigación sobre el tema:
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DE PRUEBAS PARA
EL CONTROL DE TIEMPO, TEMPERATURA Y HUMEDAD EN LA
EXPERIMENTACIÓN DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN PARA
LA CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL DE LA
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI”., de ALEX ERNESTO
LÓPEZ MARTÍNEZ con el número de cédula 172189946-4 y DIEGO
SEBASTIÁN ZAMBRANO BARRIGA con el número de cédula 050350526-5,
estudiantes de Ingeniería en la especialidad de Electromecánica, considero que
dicho Informe Investigativo cumple con los requerimientos metodológicos y
aportes científicos-técnicos suficiente para ser sometido a la evaluación del
Tribunal de Grado, que el Honorable Consejo Académica de Ciencia de la
Ingeniería y Aplicadas de la Universidad Técnica de Cotopaxi designe, para su
correspondiente estudio y calificación.
Latacunga, 03 de Abril del 2014.
………………………………………….
Ing. Héctor Raúl Reinoso Peñaherrera
C.C. 050215089-9
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AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme dado
la fuerza necesaria para sobresalir en
mis estudios, a la Universidad
Técnica de Cotopaxi por brindarme
la oportunidad de desarrollar mis
capacidades, a mis maestros que con
su don de gente y sabiduría me han
guiado en la obtención de mis
conocimientos y a todos las personas
que con su comprensión, cariño y
paciencia aportaron para hacer de
este mi sueño una realidad.
Alex
Agradezco a mi familia por ser los
cimientos fundamentales de apoyo
diario e incondicional en mi etapa
estudiantil. A todos los docentes de la
Universidad Técnica de Cotopaxi
quienes me impartieron su conocimiento
día tras día con paciencia y dedicación.
Quiero agradecer de una manera muy
especial al Ing. Raúl Reinoso por
valioso asesoramiento técnico, para el
excelente desarrollo de este proyecto. Y
a todas aquellas personas que de una y
otra manera han contribuido con su
infaltable apoyo moral.
Diego
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(cid:1)
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a Dios por darme
la gracia de despertar cada día, a mis
queridos padres seres extraordinarios
que me inspiraron el valor de la
responsabilidad para culminar con
este proyecto, a mis hermanos
quienes son mi pujanza e impulso
para efectuar mis metas, a mis
sobrinos que con su alegría
enardecen y dan luz a mi vida y por
ultimo a mis amigos que fueron un
aporte anímico transcendental para
cumplir con mi objetivo, para ellos
con cariño.
Alex
Este trabajo lo dedico principalmente a
mis maravillosos padres Vicente
Zambrano y Enriqueta Barriga por
confiar en mí y brindarme todo su amor
y apoyo incondicional día a día. A mis
amigos y maestros por compartir este
sueño anhélalo por mucho tiempo.
Diego.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
PORTADA .............................................................................................................. i
AUTORÍA .............................................................................................................. ii
AVAL DEL DIRECTOR DE TESIS .................................................................. iii
AGRADECIMIENTO ......................................................................................... iv
DEDICATORIA ..................................................................................................... v
ÍNDICE ................................................................................................................. vi
RESUMEN .......................................................................................................... xiv
ABSTRACT .......................................................................................................... xv
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ xvii
CAPÍTULO I
1. MARCO TEÓRICO
1.1 ASPECTOS TEÓRICOS ...................................................................................... 1
1.1.1 Deshidratación…………………………………………………………………..1
1.2 TIPOS DE DESHIDRATADORES DE ALIMENTOS ....................................... 2
1.2.1 Deshidratadores naturales .................................................................................. 3
1.2.1.1 Secadero indirecto ............................................................................................... 3
1.2.1.2 Secadero directo .................................................................................................. 4
1.2.2 Deshidratadores artificiales ................................................................................ 5
1.2.2.1 Deshidratador por aire forzado con calentamiento directo ............................ 5
1.2.2.2 Deshidratador por aire forzado con calentamiento de aire a recirculación . 6
1.2.2.3 Deshidratador túnel de lecho fluido .................................................................. 7
1.2.2.4 Deshidratador rotativo o de cilindro rotativo ..................................................8
1.2.2.5 Deshidratador de desecación congelante ......................................................... 8
1.2.2.6 Sistema Spray ...................................................................................................... 9
1.3 PARÁMETROS FUNDAMENTALES DEL PROCESO DE
DESHIDRATACIÓN. .......................................................................................... 10
1.3.1 Psicometría ......................................................................................................... 10
1.3.1.1 El Diagrama o Carta Psicométrico ................................................................. 10
vi(cid:1)
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1.3.1.2 Parámetros de la Carta Psicométrica .............................................................. 10
1.3.1.2.1 Temperatura ................................................................................................. 10
1.3.2.1.2 Temperatura de Bulbo Seco ..................................................................... 11
1.3.2.1.3 Temperatura de Bulbo Húmedo ............................................................... 11
1.3.2.1.4 Temperatura de Rocío o Punto de Rocío ................................................ 12
1.3.2.1.5 Humedad .....................................................................................................12
1.3.2.1.6 Relación de Humedad ............................................................................... 13
1.3.2.1.7 Humedad Relativa ...................................................................................... 13
1.3.2.1.8 Entalpia ....................................................................................................... 14
1.4 FUNDAMENTOS DE DISEÑO ......................................................................... 15
1.4.1 Definiciones de diseño ...................................................................................... 15
1.4.2 Definiciones de máquinas ................................................................................ 15
1.5 FACTORES Y ALCANCE EN EL DISEÑO MECÁNICO ................ 16
1.6 DISEÑO MECÁNICO ..................................................................................... 18
1.7 SELECCIÓN DE MATERIALES ................................................................ 18
1.7.1 Materiales Aislantes ......................................................................................... 20
1.7.1.1 Fibra de Vidrio ................................................................................................... 20
1.7.1.2 Vidrio Templado ............................................................................................... 21
1.7.1.3 Aceros Inoxidables ............................................................................................ 23
1.7.1.3.1 Serie 300 ...................................................................................................... 24
1.7.1.3.2 Serie 400 ...................................................................................................... 25
1.8 SISTEMA DE OPERACIÓN .............................................................................. 26
1.8.1 SISTEMA DE GENERACIÓN ....................................................................... 27
1.8.1.1 Ventilador de Aire ............................................................................................ 27
1.8.1.1.1 Selección del Ventilador de Aire .............................................................. 27
1.8.1.2 Tipos de Ventiladores ....................................................................................... 29
1.8.1.2.1 Ventiladores Centrífugos ........................................................................... 29
1.8.1.2.2 Ventiladores Axiales……………………… ........................................... 30
1.8.1.3Niquelina ............................................................................................................ 30
1.8.1.3.1 Selección de las niquelinas ........................................................................ 31
1.8.4 SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR ......................................... 32
1.8.4.1 Intercambiador de Calor ................................................................................... 33
vii(cid:1)
(cid:1)
1.9 ESTRUCTURA DEL BASTIDOR .................................................................... 35
1.9.1 Perfiles Estructurales de Acero ....................................................................... 36
1.9.1.1 Perfiles Estructurales Huecos Cuadrados ..................................................... 36
1.9.2 Flexión de Vigas ................................................................................................ 37
1.9.3 Soldadura ............................................................................................................ 37
1.9.3.1 Clasificación de la soldadura ........................................................................... 37
1.9.3.1.1 Soldadura por Arco Eléctrico con Electrodo Revestido(SMAW) ...... 39
1.9.3.1.2 Soldadura Metálica con Arco Eléctrico y Gas (MIG) ........................... 40
1.10 SISTEMA ELÉCTRICO ...................................................................................... 41
1.10.1 SISTEMA DE FUERZA ................................................................................. 42
1.10.1.1 El disyuntor o Becker Eléctrico ................................................................ 42
1.10.1.2 El Contactor ................................................................................................. 43
1.10.1.2.1 Partes del Contactor .................................................................................... 43
1.10.1.3 Relé de Protección ...................................................................................... 44
1.10.1.4 Fusible .......................................................................................................... 45
1.10.2 SISTEMA DE MANDO ................................................................................. 46
1.10.2.1 Controladores .............................................................................................. 46
1.10.2.2 Sensores de Control .................................................................................... 49
1.10.2.2.1 Clasificación de los Sensores .................................................................... 49
1.10.2.2.1.1 Sensores de temperatura ...................................................................... 50
1.10.2.2.1.2 Sensores de Humedad .......................................................................... 51
1.10.2.3 Pulsadores .................................................................................................... 52
1.10.2.4 Pantalla o Display ....................................................................................... 53
CAPITULO II
2.1 ANÁLISIS DE
RESULTADOS………..…………………………………...………………..54
2.2 ANÁLISIS, RESULTADOS Y COMPROBACIÓN DE LA HIPÓTESIS ..... 55
2.2.1 Análisis e interpretación de los resultados de las encuestas aplicadas a los
docentes de la Especialidad de Ingeniería Agroindustrial ........................................ 55
viii(cid:1)
(cid:1)
2.2.2 Análisis e interpretación de los resultados de las encuestas aplicadas a los
estudiantes de la especialidad de Ingeniería Agroindustrial(cid:1)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:1)60
2.2.3 Comprobación de la hipótesis(cid:1)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:1)70
CAPÍTULO III
3.1 Tema .......................................................................................................................... 72
3.2 Descripción………………………………………………………………..…72
3.3 Objetivo general ....................................................................................................... 73
3.3.1 Objetivos específicos ........................................................................................ 73
3.4 Justificación .............................................................................................................. 73
3.5 Requerimientos para construcción de la máquina ............................................... 75
3.6 Cálculos y diseño de la máquina deshidratadora de alimentos .......................... 76
3.6.1 Selección del Ventilador de Aire .................................................................... 76
3.6.1.1 Cálculo Flujo Másico del Aire ........................................................................ 77
3.6.1.2 Cálculo del Flujo Volumétrico ........................................................................ 80
3.6.2 Selección de las Niquelinas……………… ................................................... 85
3.6.2.1 Cálculo del Balance de Energía…………… ................................................. 85
3.6.2.2 Perdida de energía calorífica por conducción del recubrimiento ................ 85
3.6.2.3 Cálculo de la potencia requerida en las niquelinas ....................................... 87
3.6.3 Selección del Intercambiador de Calor........................................................... 88
3.6.3.1 Calculo del calor que se transmite por el radiador o intercambiador de
calor ..................................................................................................................... 88
3.6.4 Calculo del tiempo de deshidratado ................................................................ 91
3.7 Bastidor ..................................................................................................................... 93
3.8 Conexión eléctrica ................................................................................................... 94
CONCLUSIONES ........................................................................................................ 94
RECOMENDACIONES ............................................................................................. 95
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