1. INTRODUCCIN.El siguiente proyecto tiene como propsito el diseo y construccin de una maquina troceadora de hielo que satisfaga los requerimientos de los productores de hielo.Inicialmente se recopilara informacin bsica acerca de la produccin de hielo, la conservacin del mismo y la teora que ayuda a entender el funcionamiento y comportamiento de los diferentes elementos constituidos de la mquina.Para obtener la alternativa de informacin que cumpla con los requisitos especificados se plantea 3 casos en los cuales se realiza un anlisis orientado a la funcionalidad, mantenimiento, operacin y costos de fabricacin.Una vez obtenida la alternativa de solucin se produce a disear y seleccionar cada uno de los elementos que conforman la maquina troceadora de hielo. Despus del diseo de los elementos que constituyen la maquina se realiza un anlisis econmico para obtener el costo aproximado de la construccin de la maquina troceadora de hielo.Para todos los elementos que se van a fabricar se mostrara en hojas de procesos facilitando de esta manear la construccin de las partes constituidas de la mquina.2. OBJETIVO GENERAL.Disear una troceadora de hielo con una capacidad de 200 kg por hora.2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS. Realizar un estudio de los fundamentos tericos acerca del diseo de los elementos mecnicos y del proceso de troceado de hielo. Aplicar los conocimientos tericos y prcticos de la materia respecto al diseo de mquinas y seleccin de materiales. Hacer del proyecto una inversin rentable.

3. ALCANCES. Recopilacin de informacin necesaria para realiza el mencionado proyecto. Organizacin de informacin obtenida. Planteamiento anlisis de alternativas. Seleccin de alternativa de solucin. Diseo de los elementos constitutivos de la mquina. Elaboracin de planos y hojas de procesos. Protocolo de prueba. Anlisis y valoracin de costos para la construccin de la mquina. Conclusiones y recomendaciones.

4. EL HIELOEl agua en el mundo esta presente en tres estados naurales, liquido, gaseoso y solido. Al estado solido se le conoce como hielo; por lo tanto el hielo es agua solida cristalizada. La forma ms fcil de reconocerlo es por su temperatura, y por su color blanco nveo; adems es muy fro al tacto. El agua pura secongelaa 0Ccuando se halla sometido a una atmsferade presin.4.1 DUREZA, VOLUMEN Y DENSIDAD DEL AGUA AL SOLIDIFICARSELa dureza del hielo es muy baja, tiene un valor de 1,5 a 5 bajo cero, es decir que est ubicado entre el talco y el yeso en la escala de Mohs. De ello se deduce que su capacidad erosiva por abrasin directa es poco significativa.El agua, junto con elgalio,bismuto,cido actico,antimonioy elsilicio, es una de las pocas sustancias que al congelarse aumenta devolumen(es decir, que disminuye su densidad); se expande al congelarse. Esta propiedad evita que losocanosde lasregiones polaresde laTierrase congelen en todo su volumen, puesto que el hielo flota en el agua y es lo que queda expuesto a los cambios de temperatura de laatmsfera. La densidad tpica del hielo a 0C suele tomarse como 916,8kg/m o como 0,9168g/cm..4.2 FUSION EUTECTICAEn las condiciones terrrestres y durante el verano es frecuente agregarsalal hielo para que se funda. De hecho, lo que se funde no es el hielo, sino un compuesto de hielo y sal llamado eutctico. Cuando la sal NaCl (Na+, Cl) entra en contacto con el hielo, los iones se arreglan alrededor de las molculas de agua, que son polares (H2+, O) y viene a formar un compuesto (H2O).(NaCl). Para este arreglo hacen falta solamente unos pequeos movimientos de tomos, y se hace por lo tanto en fase slida. Cuando se respetan las proporciones exactas (alrededor del 23% de sal en masa), se tiene un producto que se comporta como producto puro (particularmente, hay una temperatura de fusin constante) y que se califica de eutctica. La temperatura de fusin de esta eutctica es de alrededor de 21C.Si la proporcin de sal es inferior a esta relacin, se da una mezcla agua-eutctica, que se funde a una temperatura superior (entre 21C y 0C). Si la proporcin de sal es superior, se tiene una mezcla sal-eutctica que tambin se funde a una temperatura superior. Se puede trazar un diagrama, llamadodiagrama de fase, que representa la temperatura de fusin en funcin de las proporciones agua-sal.

Diagrama de fase agua-sal a presin atmosfrica; la eutctica se forma en una proporcin de agua de 0,2331 en masa (23,31% de sal y 76,69% de agua en masa).El arreglo agua + sal eutctica no puede darse sino que en los puntos de contacto entre los cristales de hielo y de sal, o sea en la superficie del hielo. Se forma as una capa superficial de eutctica que se funde (si la temperatura es superior a 21C). Como la sal est en sobresaturacin, se disuelve en la eutctica fundida y puede reaccionar con el hielo que se encuentra sobre la pelcula lquida. El fenmeno se propaga entonces hasta que falta agua o sal para formar una nueva eutctica. As, en teora, sera posible impedir la formacin de hielo hasta los 21C. En la prctica, es imposible dosificar la cantidad de sal que debe usarse.

4.3DESCENSO CRIOSCOPICOEl descenso crioscpico es la reduccin del punto de fusin de un disolvente puro por la presencia de solutos. Es directamente proporcional a la molalidad, lo que hace que sea ms importante para solutos inicos, como los que predominan en el agua de mar, que para los no inicos. El fenmeno tiene importantes consecuencias en el caso del agua de mar, porque la respuesta al enfriamiento intenso del agua del ocano, como ocurre en el invierno de las regiones polares, es la separacin de una fase slida flotante de agua pura en forma de hielo. Es as como se forma la banquisa en torno a la Antrtida o al ocano rtico, como un agregado compacto de hielo puro de agua, con salmuera llenando los intersticios, y flotando sobre una masa de agua lquida a menos de 0C (hasta un lmite de 1,9C para una salinidad del 3.5 %)

4.4PROPIEDADES DEL HIELO

4.5ESTRUCTURA CRISTALINA DEL HIELOLas molculas de agua a presin atmosfrica se estructuran de manera tetradrica en funcin del enlace de hidrogeno.Esta ocasiona que al momento de solidificarse el agua, las molculas se amontonan d manera compacta. El cristal de hielo tiene una estructura hexagonal espaciada (a = 7.5A , c = 7.3A ). Esta estructura se denomina hielo 1h o hieo IhAdems de esta estructuracin el hielo a presin y temperatura diferentes a la atmosfera adopta otras estructuras como se puede observar en la tabla:

En la figura se muestran algunos de los cristales de hielo que fueron estudiados por Wilson Bentley en 1902.

4.6 TIPOS DE HIELOEn el hielo, como en la mayora de los slidos, lasmolculasse acomodan en una formacin ordenada. Sin embargo, dependiendo de las condiciones depresinytemperatura, es posible que adopten diferentes formas de ordenarse. A partir de 1900,Gustave Tammany posteriormente en 1912Percy Bridgmanhicieron experimentos sobre el hielo aplicndole diferentes presiones y temperaturas, y obtuvieron hielos diferentes con mayores densidades a la normal (posteriormente se encontraron muchos ms tipos de hielo). Todas estas formas de hielo tienen estructuras ms compactas (diferentes formas de un elemento existentes en el mismo estado fsico), o sea que se forman varias modificaciones alotrpicas oaltropos.Los tipos de hielo conocidos son los siguientes: Hielo Ih(Todo el hielo que se forma en la biosfera terrestre es hielo del tipo Ih, a excepcin de una pequea cantidad de hielo Ic. Los cristales de hielo tienen forma hexagonal). Hielo Ic(baja temperatura, cbica centrada en las caras, densidad aproximadamente 900kg/m). Hielo II(baja temperatura, ortorrmbica centrado, densidad aproximadamente 1.200kg/m). Hielo IIIIii(baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.100kg/m). Hielo V(alta presin, baja temperatura, monoclnica de base centrada, densidad aproximadamente 1.200kg/m). Hielo VI(alta presin, baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.300kg/m). Hielo VII(alta temperatura, alta presin, cbico sencilla, densidad aproximadamente 1.700kg/m). Hielo VIII(alta presin, tetragonal centrada, densidad aproximadamente 1.600kg/m). Hielo IX(alta presin, tetragonal, densidad aproximadamente 1.200kg/m). Hielo XII(alta presin, baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.300kg/m).A continuacin en las figuras, se muestran unos diagramas de fase que ilustran los diferentes tipos de hielo:

4.7 El hielo y su fabricacin4.7.1Potencia frigorficaEl deshielo de 1 kilo de hielo a 0C libera 80 kcal de potencia frigorfica, el calentamiento de agua en 1C libera 1 kcal; el calentamiento de hielo en 1C, 1/2 kcal. La mayor capacidad frigorfica del hielo est en el punto de fusin; la temperatura del hielo prcticamente no es importante para la potencia total.4.7.2 Consumo energtico para la produccin de hieloLa energa que debe usarse posteriormente en forma de potencia frigorfica primero debe emplearse para la produccin del hielo. Para la fabricacin de hielo superenfriado (hielo por debajo de 0C) debe emplearse proporcionalmente demasiada energa puesto que el hielo en s tiene un efecto aislante que debe vencerse para su superenfriamiento.4.7.3 Temperatura ideal del hielo:La temperatura del hielo ptima bajo criterios energticos est directamente por debajo del punto de congelacin a-0,5C. Aqu ya disponemos de la mxima potencia frigorfica del hielo sin que deba emplearse demasiada energa para su fabricacin.4.7.4 Peso a granel del hieloPara calcular el volumen del almacn debe considerarse el peso a granel: : 1.00 t / m3 para agua 0.92 t / m3 para hielo en barras 0.50 t / m3 para hielo troceado o en escamasEs decir, para el almacenamiento de 1.000 kg de hielo troceado se requiere un almacn de 2 m3 ms la reserva para el cono de volqueo.Aproximadamente 2,5 3 m3.4.8 EL PROCESO DE FABRICACIN DE HIELO Proceso por lotes. Implica congelacin alterna y periodos de recogida de hielo para su fabricacin. El agua fluye sobre el evaporador donde se congela hasta que el cubo est totalmente formado. Los cubos de hielo se colectan y almacenan. El hielo puede tener forma de cubo, o variaciones de formas slidas. Procesos continuos. El proceso continuo se utiliza para hacer trocitos (nuggets) o copos, usualmente en un evaporador en forma de barril. Para hacer copos de hielo hay dos opciones: formacin en el interior de un evaporador estacionario y se rasca en una barrena rotatoria O formacin en el exterior del evaporador rotatorio y raspado por un rascador estacionario. Las mquinas para hacer Nugget comprimen los copos de hielo para formar los nuggets.

5. Requisitos para instalar una fbrica de hielo5.1 Espacio.La maquinaria moderna es de dimensiones reducidas en comparacin con las mquinas tradicionales de fabricacin de hielo en bloques, pero no es fcil hacer una comparacin directa de las exigencias de espacio de los distintos tipos de maquinaria. La capacidad de fabricacin de hielo vara segn el rgimen de funcionamiento, por lo que normalmente se indica mediante un margen de valores. Algunos tipos de mquinas son ms idneos para una produccin elevada, y se fabrican en modelos grandes, mientras que otros se fabrican slo en tamao pequeo. En el Cuadro 8 se indican algunas cifras tpicas de las necesidades de espacio de varias de las mquinas de hacer hielo de uso ms comn, con una produccin de 50 toneladas diarias.Cuadro 8Necesidades de espacio de las mquinas de hacer hielo

Tipo de mquinaCapacidad (t/24)Superfice (m2)Altura (m)

Hielo en bloques501905,0

Hielo en bloques de50303,5

fabricacin rpida

Hielo en placas5014,31,8

Hielo en tubos503,36,6

Hielo en escamas502,73,7

Los grupos autnomos con un rgimen de hasta 10 a 20 toneladas/24 horas pueden instalarse dentro del espacio de almacenamiento, con la mquina de hacer hielo y el equipo de refrigeracin encima.5.2 EnergaHay dos aspectos que han de tenerse en cuenta a este respecto. La energa consumida en la fabricacin de una tonelada de hielo es importante, ya que influye en los costos de fabricacin del hielo mismo. Por otra parte, la energa instalada tambin reviste inters, ya que determinar el equipo de suministro de energa que necesitar la fbrica.La energa necesaria para producir una tonelada de hielo no es una constante: vara segn el tipo de maquinaria y el rgimen de funcionamiento. Las instalaciones que operan con bajas temperaturas en la mquina de hacer hielo, como las de hielo en escamas, tienen un mayor consumo de energa, al igual que las que operan con altas temperaturas de enfriamiento del condensador y con agua de relleno caliente. Por consiguiente, el funcionamiento de una fbrica ser ms caro en las zonas tropicales que en los climas templados. Los modelos grandes suelen operar con ms eficiencia que los pequeos, y una fbrica de hielo utilizada plenamente ser ms eficiente que otra que funcione de manera intermitente o con una carga de refrigeracin reducida. Hay otros factores que determinan tambin las necesidades de energa, como la eleccin del refrigerante y el tipo de sistema de refrigeracin utilizado. En los climas en que el agua de relleno es excesivamente caliente, su enfriamiento previo en un refrigerador separado puede reducir las necesidades de energa. As pues, es difcil determinar con precisin las necesidades de energa de una fbrica de hielo, debido a que dependen no slo del tipo de maquinaria, sino tambin de las condiciones ambientales y del rgimen de funcionamiento. Por consiguiente, habr que proceder con cautela cuando se manejen cifras de consumo de energa proporcionadas por el fabricante sin una clara indicacin de las condiciones de funcionamiento a las que se aplican.A efectos de una planificacin inicial, pueden ser provechosas las cifras que se indican a continuacin, que dan el consumo de energa en kWh por tonelada de hielo producida:Zonas templadasZonas tropicales

Hielo en escamas50607085

Hielo en tubos40505570

Hielo en bloques40505570

Estas cifras se refieren solamente a la mquina de hacer hielo y al correspondiente equipo de refrigeracin. No obstante, todo equipo elctrico deber tenerse en cuenta a la hora de calcular la demanda mxima de energa, que nominalmente ser de 1,5 a 3,8 kW (2 a 5 hp) por cada tonelada hecha cada da. La fabricacin de hielo es normalmente una industria de servicios, por lo que la continuidad del suministro es indispensable. 5.3 AguaLa cantidad de agua necesaria para un condensador acorazado y tubular que no reutiliza el agua depende del valor de clculo del aumento de la temperatura del agua de enfriamiento. Este puede variar, segn la temperatura del agua de alimentacin y otros factores. Normalmente se utiliza como valor de clculo un aumento de 5C, que se traduce en una necesidad de agua de 30 a 40 toneladas por tonelada de hielo. Esta cifra es solo indicativa de la cantidad probable de agua que se necesitar para el funcionamiento de un condensador de este tipo. Para obtener cifras ms exactas habr que consultar al fabricante o a un tcnico competente.En las mquinas pequeas se pueden utilizar condensadores enfriados por aire, mientras que las que producen cantidades industriales suelen emplear condensadores enfriados por evaporacin, o acorazados y tubulares con una torre de enfriamiento. Un condensador enfriado por evaporacin o un sistema de torre de enfriamiento consumir menos de 0,5 toneladas de agua por tonelada de hielo producida. Esta cifra aumentar ligeramente si se necesita un reboce para asegurar que la concentracin de slidos en el depsito no alcance niveles excesivos.El hielo fabricado con agua pura tambin plantea problemas porque se adhiere al tambor y hay que recurrir a un dosificador de sal para obviar el inconveniente: una cantidad de 200 a 500 g de cloruro sdico por tonelada de hielo es suficiente para mejorar las propiedades fsicas del hielo.

6. Hielo troceadoEl hielo troceado tiene la temperatura idealde -0,5Cy nunca se congela.. diferentes tamaos: micro, macro, standard para una refrigeracin rpida y duradera sin congelacin o deterioro de la mercanca no se apelmaza ni compacta para un almacenamiento de varios das con alta capacidad frigorfica y eficiencia energtica el hielo troceado es higinico gracias a un circuito de agua cerrado el evaporador fijo evita la prdida de agente frigorfico la ejecucin robusta de la mquina incrementa su fiabilidad

6.1Granulos de hielo 6.1.1Hielo microTrocitos de hielo de aprox. 5mm. Asegura una buena mezcla, asi que disolucin y enfriamiento rpido. Especialmente adecuado para procesos de mezcla y para el gnero delicado como, por ejemplo, filetes de pescado.6.1.2Hielo estndarUna mezcla de trozos de hielo pequeos y grandes que garantizan buena refrigeracin y larga durabilidad; ideal para las cuchillas y los procesos de refrigeracin.6.1.3Hielo macroTrozos de hielo de hasta 9,5 mm de espesor. El hielo macro es especialmente resistente y apto para el almacenamiento largo. Ofrece una refrigeracin constante para el transporte de pescado y p. ej. su presentacin en el mercado, por ejemplo.

Forma de trabajoDesde un depsito de agua ubicado en la mquina de hielo fluye agua al cilindro del preparador de hielo siguiendo el principio de los vasos comunicantes. Alrededor del cilindro hay un serpentn refrigerante (por ejemplo R404A) que congela el agua en su interior. Un bi-sinfn raspa continuamente delgadas capas de hielo de la pared del cilindro y lo transporta hacia arriba. Una vez all es prensado, reenfriado y troceado.

Gracias a este procedimiento, la energa de refrigeracin puede volver enfriar la siguiente cantidad de agua sin prdidas. (Si la capa de hielo creciera a 1 2 mm, debido a la elevada capacidad de aislamiento del hielo tendra que emplearse demasiada energa para la congelacin.)

Gracias a la idea de comprimir y prensar el hielo se obtiene el espesor ideal de hasta 9,5 mm con el mnimo consumo energtico.Puesto que el hielo se congela en la parte interior del cilindro, el sistema de congelacin de las mquinas de hielo troceado de ZIEGRA es completamente cerrado. No pueden aparecer filtraciones en el sistema de refrigeracin debido a piezas giratorias. Gracias al sistema patentado del cilindro y a los conocimientos tecnolgicos de ZIEGRA pueden emplearse compresores ms pequeos. De esta forma se reduce el consumo de corriente.

Hielo troceadoPlanta de Hielo Troceado Modelos Estndar Variaciones a peticinModeloProduccin / 24hCapacidad del depsito deContendor

UBE 3.500-2 C20 3.500 kg13 m / 5 tons20 ft

UBE 3.500-2 C40 3.500 kg37 m / 15 tons40 ft

UBE 5.000-2 C20 5.000 kg13 m / 5 tons20 ft

UBE 5.000 C40 5.000 kg37 m / 15 tons40 ft

UBE 5.000-2 C40 5.000 kg37 m / 15 tons40 ft

UBE 7.500-2 C20 7.500 kg13 m / 5 tons20 ft

UBE 7.500-2 C40 7.500 kg37 m / 15 tons40 ft

UBE 10.000-2 C2010.000 kg13 m / 5 tons20 ft

UBE 10.000-2 C4010.000 kg37 m / 15 tons40 ft

-2 Mquina con 2 circuitos frigorficos separados entre s

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMONFACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIAINGENIERIA INDUSTRIAL

MAQUINA TROCEADORA DE HIELO

INTEGRANTES: Caprirolo Rodriguez EliotCampero Rodriguez RobertoLopez Rodriguez Evelin

GRUPO: N4MATERIA: Diseo Asistido por ComputadoraDOCENTE: Ing. Pascual Maldonado Lopez

COCHABAMBA-BOLIVIA

ENCUESTA TECNICA A LA FABRICA DE HIELO POLAR-Qu necesidad tcnica tiene la empresa con el hielo?-La empresa polar tiene la necesidad de trocear hielo debido a la demanda existente por parte de sus clientes como ser: licoreras, bares, eventos y acontecimientos sociales.- Cual es el problema de troceado en la empresa?- El tiempo, ya que la empresa lo ejecuta manualmente.-Qu ventajas tendra la maquinaria de troceado?-La maquinaria realizara el troceado en menor tiempo y mayor cantidad-Ahorro de costos en mano de obra-Ahorro de tiempo en el traslado de hielo-No genera desperdicio, casi nulo.- Cuanto produce la empresa actualmente?-La empresa produce aproximadamente media tonelada en una jornada de trabajo.-Cuanto producira la maquina?-La mquina producira aproximadamente 250 kg por hora sin desperdicio.-Tamao de troceado que se requiereEl tamao de troceado que se requiere esta aproximadamente a los 8 mm-Dureza del hielo- El hielo a ser troceado es de tipo hielo seco el cual se congela entre los 10 y 15 grados bajo cero.-Temperatura a la que se mantiene-La temperatura a la que se mantiene el hielo troceado es a 5 grados bajo cero ya que a esta temperatura las propiedades del hielo se mantiene y no se recristaliza.Demanda del producto-Actualmente la empresa tiene una demanda semanal de media tonelada de hielo troceado.