CARTAGENA
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial
DISEÑO DE UN NUEVO CONCEPTO DE AUTOSERVICIO DE CAFÉ
MEDIANTE MÁQUINA MONODOSIS
TRABAJO FIN DE MÁSTER
MÁSTER EN ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL
Autor: RAFAEL GARCIA RUBIO
Director: FRANCISCO CAVAS MARTINEZ
Cartagena, 1 de marzo de 2019
AGRADECIMIENTOS
Son muchos los recuerdos que me vienen a la mente recordando los años que he pasado como estudiante universitario, en una primera etapa como estudiante de Ingeniería Técnica Industrial, y en esta segunda etapa como estudiante de Máster.
Infinidad de compañeros, profesores y tutores de los que aprender siempre algo nuevo cada día, y que acompañado de un gran esfuerzo y espíritu de sacrificio me ha permitido formarme como ingeniero y también como persona. Una etapa de mi vida que difícilmente olvidaré por tantas experiencias vividas.
Quisiera agradecer en primer lugar a mi familia, en especial a mi mujer, por saber soportarme en mis etapas de nervios y tensión en esta última etapa estudiantil. Sin ellos no podría haber llegado hasta el final de la meta, sin su apoyo hubiera costado el doble, y sin sus ánimos para no arrojar la toalla sería imposible haber alcanzado el objetivo. Sin ellos no sería el profesional en el que me convertido.
También mostrar mi agradecimiento a todos los profesores que me han dado clase en el Máster, ya que he disfrutado en todas las asignaturas de sus clases y experiencias profesionales.
También recordar de forma especial a mi tutor del Proyecto Final de Máster, don Francisco Cavas, por la ayuda y la orientación docente en esta fase de elaboración del citado proyecto.
Siempre presto cuando necesitaba una respuesta a una duda o a las múltiples inconvenientes que surgían en el camino. Gracias por sus consejos cada vez que eran necesarios. Pa o, o po más correr se llega a tes , esta f ase o se e olvida á e la vida.
MEMORIA
INDICE GENERAL
AGRADECIMIENTOS MEMORIA
INDICE GENERAL
1. OBJETO DEL PROYECTO ... 8
2. INTRODUCCIÓN ... 9
2.1. DISEÑO INDUSTRIAL ... 9
2.2. HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES ... 10
2.3. SOLIDWORKS ... 13
2.4. MAQUINA DE CAFÉ DE CAPSULAS ... 16
2.4.1. INTRODUCCIÓN ... 16
2.4.2. COMPONENTES ... 18
2.4.3. FUNCIONAMIENTO ... 23
2.5. CÁPSULAS MONODOSIS ... 25
2.6. ESTUDIO DE MERCADO DE EQUIPOS PRODUCTORES DE CAFE... 26
3. DISEÑO DEL EQUIPO ... 33
3.1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO ... 33
3.2. EQUIPO PRODUCTOR ... 36
3.2.1. CARCASA EXTERIOR ... 37
3.2.2. DEPOSITO RECOGE CAPSULAS ... 39
3.2.3. FRONTAL ... 40
3.2.4. DEPOSITO RECOGE LIQUIDOS ... 41
3.2.5. REJILLA DEPOSITO RECOGE LIQUIDOS ... 42
3.2.6. VALVULA DEPOSITO AGUA ... 43
3.2.7. JUNTA DEPOSITO AGUA ... 44
3.2.8. MUELLE VALVULA DEPOSITO AGUA ... 44
3.2.9. DEPOSITO DE AGUA ... 45
3.2.10. PLANCHA TRASERA HORIZONTAL ... 47
3.2.11. PLANCHA TRASERA VERTICAL ... 47
3.2.12. PLANCHA TRASERA FRONTAL ... 48
3.2.13. TAPA SUPERIOR ... 49
3.2.14. CAPSULAS MONODOSIS ... 50
3.2.15. BOTON APAGADO ... 51
3.2.16. BOTON ENCENDIDO Y PRODUCCION ... 52
3.2.17. CARCASA EXTERIOR GRUPO PERCUTOR ... 53
3.2.18. PISTON INTERIOR GRUPO PERCUTOR... 54
3.2.19. GUIA – GRUPO PERCUTORES ... 54
3.2.20. PORTACAPSULAS ... 55
3.2.21. SOPORTE PORTACAPSULAS ... 56
3.2.22. BASE PORTACAPSULAS ... 56
3.2.23. PUERTA ANULADORA DE LINEA ... 57
3.2.24. PIEZA FIJACION GRIFO ... 58
3.2.25. GRIFO ... 59
3.2.26. MEDIDOR DE FLUJO (TAPON INFERIOR AGUA) ... 60
3.2.27. TUBO CONEXIONADO PISTON DEL PERCUTOR ... 61
3.2.28. TUBO PRINCIPAL HORIZONTAL ... 61
3.2.29. TUBO PRINCIPAL VERTICAL ... 62
3.2.30. CALDERA ... 63
3.2.31. BOMBA DE AGUA ... 63
3.2.32. TUBO UNION CAUDALIMETRO-BOMBA AGUA ... 64
3.2.33. TUBO UNION BOMBA AGUA-CALDERA ... 65
3.2.34. PLACA BASE ... 65
3.2.35. PLATO ... 66
3.2.36. TAZA ... 67
3.3. DISEÑO FINAL ... 68
3.4. COMPONENTES ADQUIRIDOS Y FABRICADOS ... 70
4. PROCESO DE ELABORACIÓN ... 78
5. PLANNING Y SECUENCIA DE MONTAJE ... 86
6. PRESUPUESTO ... 88
7. ANALISIS DEL DISEÑO ... 90
8. CONCLUSIONES ... 92
BIBLIOGRAFIA
ANEJOS A LA MEMORIA PLANOS
INDICE PLANOS
INDICE FIGURAS
Figura 1. Fases procesos de diseño ... 9
Figura 2. Diseño de nuevos equipos (Fuente: internet) ... 11
Figura 3. Diseño de mecanismos complejos (Fuente: internet) ... 11
Figura 4. Análisis de distribución de temperaturas en componentes de fundición (Fuente: internet) ... 12
Figura 5. Generación de trayectorias de la herramienta para fresado de 2,5 ejes (Fuente: internet) ... 12
Figura 6. Generación de trayectorias de la herramienta para fresado de 3 ejes (Fuente: internet) ... 12
Figura 7. Ejemplos de operatividad con SolidWorks ... 13
Figura 8. Ejemplo de modelado con software de Solidworks (Fuente: internet) ... 14
Figura 9. Ejemplo cafetera de cápsulas monodosis (Fuente: internet) ... 17
Figura 10. Vista lateral del interior cafetera monodosis ... 18
Figura 11. Vista inferior del interior cafetera monodosis ... 19
Figura 12. Esquema funcionamiento cafetera monodosis... 23
Figura 13. Cápsulas monodosis de café (Fuente: internet) ... 25
Figura 14. Cápsulas monodosis de café utilizadas (Fuente: internet) ... 26
Figura 15. Equipo automático profesional de 3 grupos ... 27
Figura 16. Equipo ECM 84274 Elektronika II Profesional ... 28
Figura 17. Equipo Saeco Xelsis EVO... 28
Figura 18. Equipo ROSETA DISPLAY 2 grupos ... 28
Figura 19. Equipo OTTIMA ELE 3 Grupos ... 29
Figura 20. Equipo 18-NEW ELEGANCE-C ... 29
Figura 21. Equipos de café con cápsulas monodosis. ... 30
Figura 22. Equipo de cápsulas DeLonghi EDG305BG 0.8 ... 31
Figura 23. Equipo de cápsulas Krups Nespresso Pixie Titán 1260 ... 31
Figura 24. Equipo de cápsulas Philips HD7870/81 Senseo Twist ... 31
Figura 25. Equipo de cápsulas Nespresso XN1001 Krups Inissia ... 32
Figura 26. Equipo de cápsulas Expobar G10 Mini 2 grupos ... 32
Figura 27. Imagen cafetera monodosis (Fuente: internet) ... 33
Figura 28. Esquema – Ciclo producción ... 34
Figura 29. Imagen de máquina de café para hostelería (Fuente: internet) ... 34
Figura 30. Imagen de máquina de zumo automática (Fuente: internet) ... 35
Figura 31. Imagen de porta cápsulas monodosis vertical (Fuente: internet) ... 35
Figura 32. Toma de medidas componentes internos ... 36
Figura 33. Toma de medidas componentes externos ... 36
Figura 34. Vista modelo 3D frontal y trasera de la carcasa exterior ... 37
Figura 35. Detalles externos del diseño 3D de la carcasa exterior ... 38
Figura 36. Detalles internos del diseño 3D de la carcasa exterior ... 38
Figura 37. Diseño 3D depósito recoge cápsulas usadas ... 39
Figura 38. Simulación 3D del depósito recoge cápsulas usadas ... 39
Figura 39. Simulación 3D de la pieza frontal ... 40
Figura 40. Detalles del diseño 3D de la pieza frontal ... 40
Figura 41. Diseño 3D del depósito recoge líquidos ... 41
Figura 42. Detalles del diseño 3D del depósito recoge líquidos ... 41
Figura 43. Diseño 3D de la rejilla del depósito recoge líquidos ... 42
Figura 44. Detalles del diseño 3D de la rejilla del depósito recoge líquidos ... 42
Figura 45. Diseño 3D de la válvula de entrada al depósito de agua ... 43
Figura 46. Detalles del diseño 3D de la válvula de entrada al depósito de agua ... 43
Figura 47. Diseño 3D junta depósito agua ... 44
Figura 48. Detalles del diseño 3D junta depósito agua ... 44
Figura 49. Diseño 3D muelle válvula depósito de agua ... 45
Figura 50. Detalles del diseño 3D muelle válvula depósito de agua ... 45
Figura 51. Diseño 3D depósito de agua ... 46
Figura 52. Detalles del diseño 3D depósito de agua ... 46
Figura 53. Diseño 3D del subconjunto depósito de agua ... 46
Figura 54. Diseño 3D de la plancha trasera horizontal ... 47
Figura 55. Detalles del diseño 3D de la plancha trasera horizontal ... 47
Figura 56. Diseño 3D de la plancha trasera vertical ... 48
Figura 57. Detalles diseño 3D de la plancha trasera vertical ... 48
Figura 58. Diseño 3D de la plancha trasera frontal ... 48
Figura 59. Detalles diseño 3D de la plancha trasera frontal ... 49
Figura 60. Diseño 3D de la tapa superior ... 49
Figura 61. Detalles diseño 3D de la tapa superior ... 50
Figura 62. Diseño 3D de la cápsula de café ... 51
Figura 63. Detalle del modelado 3D de la cápsula de café ... 51
Figura 64. Detalle y modelado 3D del botón de apagado ... 52
Figura 65. Detalle y modelado 3D del botón de encendido y producción ... 52
Figura 66. Diseño 3D de la carcasa exterior del grupo percutor ... 53
Figura 67. Detalles del diseño 3D de la carcasa exterior del grupo percutor ... 53
Figura 68. Diseño 3D del pistón interior del grupo percutor ... 54
Figura 69. Detalles del diseño 3D del pistón interior del grupo percutor ... 54
Figura 70. Diseño 3D de la guía de los grupos percutores ... 55
Figura 71. Detalles del diseño 3D de la guía de los grupos percutores ... 55
Figura 72. Detalles y diseño 3D del portacápsulas ... 56
Figura 73. Detalles y diseño 3D del soporte portacápsulas ... 56
Figura 74. Detalles y diseño 3D de la base portacápsulas ... 57
Figura 75. Diseño 3D de la puerta anuladora de línea ... 57
Figura 76. Detalles de diseño 3D de la puerta anuladora de línea ... 57
Figura 77. Detalles de diseño 3D de la puerta anuladora de línea activada ... 58
Figura 78. Diseño 3D de la fijación del grifo ... 58
Figura 79. Detalles de diseño 3D de la fijación del grifo ... 59
Figura 80. Diseño 3D del grifo ... 59
Figura 81. Detalles de diseño 3D del grifo ... 60
Figura 82. Diseño 3D del medidor de flujo ... 60
Figura 83. Detalles de diseño 3D del medidor de flujo ... 60
Figura 84. Diseño 3D del tubo conexionado con el pistón del grupo percutor ... 61
Figura 85. Diseño y detalles 3D del tubo conexionado con el pistón del grupo percutor ... 61
Figura 86. Diseño 3D del tubo principal horizontal ... 62
Figura 87. Detalles del diseño 3D del tubo principal horizontal ... 62
Figura 88. Detalles y diseño 3D del tubo principal vertical ... 62
Figura 89. Diseño 3D de la caldera ... 63
Figura 90. Detalles del diseño 3D de la caldera ... 63
Figura 91. Diseño 3D de la bomba de agua ... 64
Figura 92. Detalles del diseño 3D de la bomba de agua ... 64
Figura 93. Diseño 3D y detalles del tubo unión caudalímetro-bomba de agua ... 65
Figura 94. Diseño 3D y detalles del tubo unión bomba de agua-caldera ... 65
Figura 95. Diseño 3D y detalles de la placa base ... 66
Figura 96. Diseño 3D del plato ... 66
Figura 97. Detalles del diseño 3D del plato ... 67
Figura 98. Diseño 3D de taza vacía ... 67
Figura 99. Detalles del diseño 3D de taza vacía ... 67
Figura 100. Diseño final 3D – vista frontal ... 68
Figura 101. Diseño final 3D – vista posterior ... 68
Figura 102. Diseño final 3D – componentes externos ... 69
Figura 103. Diseño final 3D – componentes internos ... 69
Figura 104. Elección material en software CES EduPack 2010... 75
Figura 105. Simulación - Inicio fase elaboración ... 78
Figura 106. Simulación – Inicio extracción depósito agua ... 79
Figura 107. Simulación – Extracción depósito agua ... 79
Figura 108. Simulación – Detección de agua ... 80
Figura 109. Simulación – Entrada de agua ... 80
Figura 110. Simulación – Circulación interior del agua ... 81
Figura 111. Simulación – Calentamiento del agua en caldera ... 81
Figura 112. Simulación – Alineación de guías portacápsulas ... 82
Figura 113. Simulación – Movimiento retirada palanca ... 83
Figura 114. Simulación – Movimiento descenso cápsulas ... 83
Figura 115. Simulación – Movimiento accionamiento palanca ... 84
Figura 116. Simulación – Elaboración ... 84
Figura 117. Simulación – Finalización de elaboración ... 85
Figura 118. Simulación – Apagado del equipo ... 85
Figura 119. Equipo desmontado ... 86
INDICE TABLAS
Tabla 1. Resumen de aplicaciones de los programas de CAD/CAM/CAE ... 11Tabla 2. Requisitos técnicos Solidworks en diferentes versiones ... 16
Tabla 3. Elementos interiores del equipo ... 19
Tabla 4. Elementos externos del equipo ... 22
Tabla 5. Estudio de mercado – Equipos profesionales. (Fuente figuras: internet) ... 27
Tabla 6. Estudio de mercado – Equipos de cápsulas monodosis (Fuente figuras: intenet) ... 30
Tabla 7. Variedad de clases y oferta de cápsulas monodosis ... 50
Tabla 8. Componentes adquiridos en el mercado ... 70
Tabla 9. Componentes fabricados en material ABS/PC ... 73
Tabla 10. Materiales ABS/PC ... 76
Tabla 11. Características material resto de componentes fabricados ... 77
Tabla 12. Importe de piezas comerciales sin IVA ... 88
Tabla 13. Importe mano de obra ... 89
Tabla 14. Presupuesto total venta máquina ... 89
1. OBJETO DEL PROYECTO
El presente proyecto tiene como objetivo, en una primera fase, el estudio y diseño bajo un software de modelación mecánica de un equipo productivo de café compactado en formato de cápsulas de aluminio con altas prestaciones de productividad. El equipo diseñado presentará características orientadas a asumir parte de las funcionalidades que presenta actualmente las cafeteras profesionales pero aplicándole la filosofía y funcionamiento de las máquinas domésticas de cápsulas monodosis.
Se inicia el proyecto tomando como punto de partida observando y estudiando el funcionamiento de una máquina de cápsulas nivel usuario para poder diseñar el modelo deseado.
El alcance del proyecto viene definido por la comprobación de la viabilidad técnica del modelo propuesto del equipo, procediendo posteriormente a la realización de la presupuestación económica y elaboración de un posible planning de montaje del equipo diseñado.
En una posible fase futura del presente proyecto, se podría proceder a proponer para una segunda versión del modelo, la posibilidad de automatizar el proceso completo de producción de café con el objetivo principal de poder ofrecer este servicio en localizaciones con alta densidad de usuarios que deban ser servidos en un corto espacio de tiempo.
Al ser un nuevo concepto de máquina de café, se pueden presentar alternativas atractivas enfocadas hacia posibles inversores que deseen obtener nuevas prestaciones de nuestro modelo, obteniendo mejores beneficios respecto al modo tradicional de servicio de café para clientes con esta nueva alternativa planteada. Por sus características, el equipo podría ser utilizado en cafeterías, hostelería en general, servicios de catering o hasta ser destinado a nivel particular.
En la fase final del proyecto, todo el diseño presentado en el presente estudio viene soportado técnicamente, acompañado debidamente de sus correspondientes planos, definiendo las diferentes piezas y subconjuntos ensamblados en su modelación en 3D.
2. INTRODUCCIÓN
2.1. DISEÑO INDUSTRIAL
Para la I ge ie ía, el o epto de diseña puede ueda defi ido po el p o eso de p opo e y elaborar un plan que satisfaga unas necesidades concretas o que den como solución a un problema originario. Unido al concepto de diseño de un equipo o producto, si finalmente se termina por llevar a la realidad, vendrían las características de poder ser un producto seguro, utilizable por los usuarios de este, competitivo y que pueda comercializarse.
E el p o eso de diseña se e uie e de ualifi a ió té i a, o o i ie to de las uevas aplicaciones tecnológicas, ya que es un proceso innovador y al que el diseñador se debe presentar con gran capacidad de análisis para tomar decisiones que lleven al éxito del diseño, solventando de manera ágil loas adversidades y problemas con los que se vaya topando.
El diseñador también deberá tener gran capacidad de comunicación, tanto de forma oral o escrita, como a la hora de transmitir a través de figuras e imágenes del modelado.
A continuación presentamos las distintas fases del proceso de diseño:
Figura 1. Fases procesos de diseño
El proceso de diseño nace primeramente con la etapa de reconocimiento de la necesidad, la cual surge al detectarse algún problema o algo que no marcha bien. A veces es complicado detectarlas, saliendo a la luz por una situación adversa o combinación de varias.
La etapa de definición del problema es más concreta que la anterior, ya que en esta fase se procede a enunciar la necesidad e identificar el problema. Aquí se procede a especificar las necesidades específicas con las que debe contar el elemento u objeto propuesto para diseño.
Como ejemplos de estas especificaciones podrían ser la velocidad de avance, limitaciones a temperaturas, peso, dimensiones, etc.
En la fase de síntesis, se procede a esquematizar el proceso conectando los elementos o piezas del sistema propuesto.
Tras la presentación de la síntesis, los esquemas pasan a ser analizados y optimizados, comparado y escogiendo el camino que lleve al producto más competitivo.
Tras la fase de análisis y optimización, se necesita construir modelos inventados o también llamados modelos matemáticos, que simulen las condiciones reales del diseño y su estado físico.
Esta etapa de evaluación muestra la última prueba de un diseño óptimo para proceder a continuación con su prototipo en el laboratorio. Se identificarán si es un modelo costoso de construir, si es fiable o si es posible sustitución de piezas defectuosas o que requieran cambios por su mantenimiento.
El proceso finalizaría con la presentación de los resultados y del diseño final. Esta fase estará soportada en gran parte por la necesidad de comunicación de los hitos alcanzados, siendo más un trabajo de divulgación y venta del diseño.
2.2. HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES
Actualmente los diseñadores e ingenieros disponen de diferentes herramientas, aplicaciones y recursos que ayudan y facilitan la solución de problemas frente al diseño como son los sistemas CAD/CAM/CAE de diseño y asistencia al modelado por ordenador en 3D. Las computadoras actuales presentan diferentes softwares de gran capacidad para proceder al análisis, diseño y simulación de diferentes componentes mecánicos. Para su manejo, es necesario que el usuario disponga de una formación técnica, tal y como se comentó en el apartado anterior sobre las características que deben tener los diseñadores y usuarios de estos softwares.
El software para el diseño asistido por computadora, conocido por las siglas CAD, facilita el soporte técnico para el diseño en tres dimensiones a partir del cual poder producir vistas en dos dimensiones de forma automática. Se pueden generar las trayectorias de las herramientas de fabricación generadas a partir del diseño en 3D, permite ofrecer cálculos agiles sobre el centro de gravedad y momentos de inercia, áreas y distancias entre puntos del sólido diseñado. Los programas CAD estarían englobados dentro de lo que llamamos ingeniería asistida por ordenador o CAE, en la que quedan englobadas todas las herramientas informáticas de ingeniería por ordenador.
Otra de las ventajas que nos ofrece estos programas es la disminución del tiempo de diseño, permitiendo una continua modificación en el propio modelo en el que se vayan aplicando al instante las modificaciones realizadas.
Existen bastantes softwares de diseño CAD como por ejemplo Aries, AutoCAD, IDeas, Unigraphips, ProEngineer; pero los más utilizados en el sector de la ingeniería son Catia y SolidWorks.
Tabla 1. Resumen de aplicaciones de los programas de CAD/CAM/CAE
PROGRAMA FABRICANTE VERSION ULTIMA
Autocad Autodesk Autocad2018
Catia Dassault Systemes V5-R2016
NX Siemens NX11
Pro Engineer Parametric Technology Corporation
PTC Creo
Solid Edge Siemens ST9
Solidworks Dassault Systemes SW 2016
Fuente: Propia
Existen diferentes modelados en 3D y 2D obtenidos por medio de estas herramientas informáticas. A continuación, en las figuras 1.2-1.6 se muestran algunos ejemplos de posibles aplicaciones a estos softwares de diseño industrial:
Figura 2. Diseño de nuevos equipos (Fuente: internet)
Figura 3. Diseño de mecanismos complejos (Fuente: internet)
Figura 4. Análisis de distribución de temperaturas en componentes de fundición (Fuente:
internet)
Figura 5. Generación de trayectorias de la herramienta para fresado de 2,5 ejes (Fuente:
internet)
Figura 6. Generación de trayectorias de la herramienta para fresado de 3 ejes (Fuente: internet)
2.3. SOLIDWORKS
SolidWorks es un software de sólidos de CAD 3D (diseño asistido por ordenador) bajo el sistema operativo Microsoft Windows y cuya empresa matriz es la empresa francesa Dassault Systemes, es usada en el sector de la ingeniería y el diseño para modelar elementos y ensamblajes en 3D y poder exportar esos modelos a planos en 2D. La empresa SOLIDWORKS Corp. fue fundada en 1993 por Jon Hirschtick con sede en Masachuset, lanzando su primera versión del CAD 3D al mercado en el año 95 y siendo adquirida por Dassault en el 1997.
SolidWorks nació como respuesta a la necesidad surgida en el sector industrial de un programa que combinara el diseño en 3D de una manera ágil y simplificada, haciéndola más intuitiva, accesible y de fácil manejo para el diseñador.
El programa ofrece infinidad de oportunidades y alternativas a la hora de buscar soluciones en el proceso de diseño y desarrollo de un producto. Con esta herramienta podremos proceder con el diseño, simulación, fabricación, publicación y gestión de los datos del proceso de diseño maximizando al mismo tiempo los recursos de ingeniería.
Figura 7. Ejemplos de operatividad con SolidWorks
Manteniendo la propuesta inicial de ser una aplicación fácil de usar, han continuado con la creación de nuevos productos como respuesta a situaciones específicas del desarrollo de un producto, optimizando recursos financieros y ahorrando tiempo. Actualmente SolidWorks ofrece soluciones de Fabricación Inteligente, diseño y análisis, diseño eléctrico y electrónico, gestión de datos, proyectos y procesos.
Figura 8. Ejemplo de modelado con software de Solidworks (Fuente: internet)
Este programa presenta soluciones intuitivas para las distintas etapas del diseño en las que se encuentre cada diseñador, gracias al diverso conjunto de herramientas interconexionadas entre sí, que se exponen a continuación:
• Herramientas de diseño para la fabricación mecánica, que automatiza documentos de inspección y genera documentación sin planos 2D.
• Herramientas de diseño para crear modelos y ensamblajes
• Herramientas que evalúan el impacto medioambiental del diseño durante su ciclo de vida.
• Herramientas de simulación para evaluar el diseño y garantizar que es el mejor posible
• Herramientas que reutilizan los datos de CAD en 3D para simplificar el modo en que las empresas crean, conservan y utilizan contenidos para la comunicación técnica.
SolidWorks versión 2016:
El diseño y desarrollo del presente proyecto ha sido ejecutado con esta versión del año 2016, sobre la que comentaremos brevemente las características más reseñables:
• Nuevo Interface: incorpora nuevos conceptos de interface ya existentes en productos recientes de SolidWorks y Windows, manteniendo una coherencia con el resto de las versiones del software de SolidWorks.
• Rutas de navegación más rápidas: Con la premisa de optimizar los recursos, se maximiza el área de trabajo en pantalla y la velocidad de navegación, creando disitntas rutas de navegación directas para optimizar y facilitar su manejo a cualquier nivel del modelo 3D sin necesidad de mostrar el árbol de características, facilitando el acceso a cualquier operación o comando de la pieza diseñada y haciendo este acceso mucho más rápido.
• Croquizado: Se mejora esta característica, introduciendo herramientas más intuitivas para diseñar y editar croquis, incluyendo de manera predeterminada la selección de la
ela ió de posi ió Pu to Medio e u a lí ea, todo ello con objeto de reducir el tiempo de diseño.
• Print3D: la mejora relacionada con esta herramienta vendrá relacionada con la posibilidad de previsualizado más potente, permitiendo evaluar el trabajo de impresión de manera directa.
• Piezas y Operaciones: p ese ta la posi ilidad de eje uta la op ió de a ido po ambas direcciones, sin necesidad de diseñar el perfil en el inicio del croquis. Otra mejora reseñable sería el relacionado con el asistente de roscas, ofreciendo la posibilidad de crear roscas estándares de una forma rápida.
• Ensamblajes: se ejo a la he a ie ta de selección de componentes , pudiendo elegir componentes iguales o por tamaño. Otra mejora destacable se ofrece en la herramienta de vista preliminar de un diseño en su propia área de visualización, emergiendo una nueva ventana en su pantalla sobre la cual aparece el componente seleccionado, pudiendo seleccionar las entidades de forma rápida para aplicar relaciones de posición.
Con esta mejora nos posibilita evitar confusiones a la hora de buscar aristas que en un ensamblaje quedan ocultas.
• Dibujos y anotaciones: En esta nueva versión se mejoran las cotas lineales quebradas, las marcas en las piezas y ensamblajes, las notas de bandera y los globos apilados. Se añade una nueva herramienta de bordes automático y vistas de rotura del modelo basadas en configuraciones, buscando el poder disponer de un mayor gestión y automatización a la hora de diseñar componentes para la producción y agilizar los plazos del proceso de diseño ahorrando tiempo de desarrollo para aumentar la productividad.
• SWs Simulation: aparece en esta nueva versión un nuevo mallador basado en curvatura alternativa, usando algoritmos mejorados proporcionará una malla de superficie de alta calidad. El objetivo de esta mejora es poder realizar simulaciones mucho más reales y que puede ayudar a reducir costes.
• SWs Costing: se posibilita la opción en el informe de ensamblajes de poder informar sobre el análisis de costes, generar informes de ensamblajes en formato Microsoft Word o Excel.
Esta versión del programa de SolidWorks 2016 requiere de unos requisitos informáticos necesarios para poder proceder con su instalación y manejo óptimo.
Tabla 2. Requisitos técnicos Solidworks en diferentes versiones
SOLIDWORKS Versión 2015 SOLIDWORKS Versión 2016 SOLIDWORKS Versión 2017
Sistemas operativos
Windows 10, 64 bits OK OK OK
Windows 8.1, 64 bits OK OK OK
Windows 8.0, 64 bits OK NO NO
Windows 7 SP1, 64 bits (solo) OK OK OK
Hardware
RAM Recomendado 8 GB o superior
Espacio en disco Recomendado 5 GB o superior
Tarjeta de vídeo Tarjetas y controladores certificados
Procesador
Intel o AMD con compatibilidad con SSE2. Requerido sistema operativo de 64 bits
Medio de instalación Unidad DVD o conexión a internet de banda ancha
Productos de Microsoft
Internet Explorer IE 9,10,11 IE 10,11 IE 11
Excel y Word 2010, 2013 2010, 2013, 2016 2010, 2013, 2016
Otros
Antivirus Productos antivirus compatibles
Red Redes de Microsoft Windows. Las redes Novell y los dispositivos de almacenamiento de red de marca distinta a Windows no son compatibles.
Entornos virtuales Entornos virtuales compatibles
Comparadas las versiones de 2016 con la más reciente de 2018. Las diferencias son que en esta nueva actualización presenta la programación CNC directamente en la herramienta CAD 3D del programa, integrando directamente los procesos de diseño y fabricación en un sistema.
Para más información sobre este programa comercial, se puede visitar la página web del fabricante: www.solidworks.com.
2.4. MAQUINA DE CAFÉ DE CAPSULAS
2.4.1. INTRODUCCIÓN
El diseño del equipo propuesto estaría basado en las máquinas de café suministradas con cápsulas compactadas de aluminio que podemos encontrar actualmente en el mercado, pero a un uso completamente diferente, tal y como comentaremos a continuación.
Figura 9. Ejemplo cafetera de cápsulas monodosis (Fuente: internet)
La mayor ventaja que propone nuestro diseño es la capacidad de poder producir 3 servicios en paralelo mientras que las actuales a nivel usuario son solamente ofrecer 1 solo servicio en cada ciclo productivo. Esta ventaja nos posicionaría en posición favorable ante una futura comercialización del equipo diseñado.
La primera fase antes de iniciar el modelado fue el de estudiar y aprender el funcionamiento de estos equipos. Aprovechando que disponía de un viejo equipo en casa, procedí a su desmontaje para poder entender de forma más ilustrada y rápida los distintos componentes que la integran y el funcionamiento de cada una de sus partes interiores, para así, poder trasladar esos conocimientos posteriormente plasmándolos en nuestro diseño 3D con el software Solidworks.
Entre las características de un equipo de elaboración de café a nivel usuario, destacaríamos las siguientes:
• Suelen ser de tamaño pequeño, poco peso y con estructura compactada.
• Poseen botonera con posibilidad de encendido y apagado siendo accionados manualmente.
• Posee una caldera para calentamiento rápido en 25 segundos.
• Elaboración automática y retirada de cápsulas de manera manual, accionado la palanca superior del equipo.
Además de las nombradas anteriormente, y a modo de comparativa con el diseño realizado en el presente proyecto, el equipo estudiado de cafetera nivel usuario presenta las siguientes especificaciones técnica:
• Equipo con periodo de garantía de 2 años.
• La presión máxima en su interior estaría en torno a los 19 bar.
• Las dimensiones son (AxAxL): 16.6 x 25.2 x 29.1 cm
• Dispone de un peso aproximado de 2.8 kg
• Posee un depósito de agua de capacidad 0,9 Litros y extraíble.
• Potencia eléctrica: 50-60 Hz - 1.260 W - 220-240 v
• La capacidad máxima del depósito de cápsulas usadas es de 14 cápsulas consumidas.
2.4.2. COMPONENTES
Podemos distinguir entre dos tipos de elementos que forman parte de un equipo nivel doméstico de elaboración de café bajo formato cápsulas monodosis; unos serían los elementos internos y otros los componentes exteriores.
➢ Componentes internos:
Estos componentes internos están ubicados en el interior de la estructura o carcasa de la cafetera, no pudiendo estar visibles desde el exterior por los usuarios debido al diseño compacto del equipo.
Al ser elementos sensibles a golpes, vienen protegidos por una carcasa con el objetivo de proteger tanto a usuarios para evitar quemaduras, peligro de electrocución y evitar la manipulación no permitida de los mismo por parte de los usuarios.
Figura 10. Vista lateral del interior cafetera monodosis
Figura 11. Vista inferior del interior cafetera monodosis
Este tipo de equipos suelen presentar similares componentes a cualquier otro modelo de cafetera convencional, pero con la particularidad de que las cafeteras monodosis trabajan bajo presión máxima de 19 bares y conexión eléctrica, debiendo evitarse cualquier manipulación por parte de personal no autorizado.
En la tabla 3 se muestran los principales componentes internos que forman parte de la máquina de café monodosis.
Tabla 3. Elementos interiores del equipo
COMPONENTES INTERNOS IMAGEN
1. Tubo acodado:
Se trata del conducto interno el cual transfiere el agua por el interior del equipo.
2. Centralita – Placa base:
Forma el componente electrónico que se encarga de sincronizar el funcionamiento y enviar impulsos al resto de elementos del equipo.
3. Medidor flujo:
Es un caudalímetro y su función es medir el agua que sale de la jarra de agua, lanzando unos impulsos desde la placa base. Corta el bombeo de agua si detecta que no existe flujo de agua por quedarse vacía la jarra, ya que la bomba trabajando en vacío puede averiarse.
4. Bomba de agua:
Su función se basa en aspirar el agua de la jarra trasera del equipo y propulsarla hasta la caldera.
5. Grupo percutor:
Es el componente inyector por donde sale el agua caliente a presión de 19 bares, atraviesa la cápsula perforada y vierte el agua caliente en forma de producto final hacia el exterior.
6. Sonda de temperatura:
Su objetivo es medir la temperatura y mantenerla estabilizada en el interior de la caldera estable. Su ubicación sería la parte superior de la caldera.
7. Botón elaboración café:
Su función es la de accionar la elaboración de café. Estaría conectado electrónicamente con la plaza base.
8. Botón apagado/encendido:
Su función es la de apagar y encender el equipo. Estaría conectado electrónicamente con la plaza base.
9. Caldera:
Su función es calentar el agua para el servicio bajo el sistema Thermoblock, posibilitando el calentamiento de la cantidad de agua justa y necesaria para poder ofrecer un solo servicio.
Fuente propia
➢ Componentes externos:
Los componentes externos estarían formando parte de la cafetera, formando un equipo compacto, pero pudiendo ser extraídos por el usuario, ya que se tratan de componentes que no entrañan peligro alguno para los usuarios.
En la tabla 4 se muestran los principales componentes externos que forman parte de la máquina de café monodosis.
Tabla 4. Elementos externos del equipo
COMPONENTES EXTERNOS IMAGEN
1. Palanca Acceso/Cierre cápsulas:
Su función es la de poder abrir el espacio alojado en el interior del equipo para poder introducir una cápsula nueva.
2. Grifo salida de café:
Su objetivo es el de transportar en su interior el café elaborado desde el grupo percutor hasta la taza o recipiente.
3. Jarra de agua:
Es el depósito de agua ubicado en la parte posterior del equipo.
4. Contenedor de cápsulas usadas:
Su función es el de almacenar las cápsulas usadas.
Se presenta en el frontal del equipo y es extraíble para proceder con su vaciado.
5. Rejilla y bandeja antigoteo:
Esta bandeja tiene como función la recogida de derrames de líquidos en el proceso de elaboración de café.
Fuente: propia
2.4.3. FUNCIONAMIENTO
Para entender el modelado y realizar un correcto diseño de nuestro equipo, es necesario conocer el funcionamiento de este tipo de equipos. Todas las cafeteras monodosis trabajan de forma similar, con los mismos elementos y tiempos de funcionamiento.
En la figura 2.4 se procede a ilustrar de forma gráfica y sencilla el recorrido del agua por el interior de una cafetera monodosis desde una fase inicial en el que el agua se encuentra en reposo en la jarra trasera, hasta que sale por el grifo en forma de elaboración de café por el grifo.
Figura 12. Esquema funcionamiento cafetera monodosis A continuación, se detallan las diferentes fases de funcionamiento:
- Fase 0: Primeramente, se debe dar la situación de que la jarra dispone de agua para comenzar su funcionamiento. Si se encuentra vacía, el caudalímetro no activaría la bomba para iniciar el proceso de succión de agua del depósito.
- Fase 1: El usuario pulsa el pulsador de encendido/apagado. Comienza en ese momento a parpadear el pulsador de producción de café durante unos cuantos segundos hasta que el sistema Thermoblock de la caldera no alcanza la temperatura óptima de trabajo.
- Fase 2: El usuario procede con la apertura de la compuerta superior por donde se introducirán las cápsulas nuevas. Este proceso se realizará levantando manualmente el
brazo o palanca situado en la parte superior, e introducción la cápsula monodosis en el espacio destinado en el interior del grupo percutor. Posteriormente, para continuar con el proceso productivo, el usuario deberá volver a bajar la palanca hasta su posición horizontal.
- Fase 3: El usuario procede con accionar el botón de inicio y parada de producción de café, comenzando la fase de producción que especificamos a continuación:
a) Inicialmente el caudalímetro informa a la centralita mediante el envío de impulsos de que hay agua en el depósito trasero del equipo. A continuación, la bomba inicia la succión de agua desde la jarra hasta la caldera.
b) El sistema Thermoblock de la caldera inicia el calentamiento rápido del agua existente en su interior. Comentar que se calienta solamente el agua justa para para proceder con un único servicio.
c) La sonda de temperatura que hay en la caldera informa de cuando el agua alcanza la temperatura exacta de producción. El agua asciende a continuación desde la caldera en la parte inferior del equipo hasta el interior del grupo percutor, ubicado en la parte superior de la máquina.
d) Se inicia la entrada de agua caliente proveniente de la caldera al interior del grupo percutor. En este componente se eleva la presión hasta los 19 bares para hacer atravesar el agua caliente rápidamente atravesando la cápsula perforada de café colocada por el usuario inicialmente en el interior del grupo percutor.
e) El agua a gran velocidad y temperatura provoca que el agua caliente se mezcle con el café prensado del interior de la cápsula monodosis, evacuando el fluido elaborado, en este caso café, por el exterior del grifo del equipo.
- Fase 4: Cuando se ha finalizado el proceso productivo, el usuario manualmente procede a la apertura de la palanca superior. Una vez se procede con la apertura completa, de manera automática se procede a la evacuación de la cápsula monodosis utilizada en el servicio anterior, desplazándose por la propia gravedad al depósito interior ubicado en la zona inferior encargado de almacenar las cápsulas usadas. La capacidad del depósito sería de hasta 14 cápsulas monodosis utilizadas. Al ser necesario su vaciado, dispondrá de un sistema de apertura rápido.
- Fase 5: Finalización del proceso productivo con el cierre de la palanca superior de la cafetera y pulsando el botón rojo de apagado para cerrar el ciclo completo.
2.5. CÁPSULAS MONODOSIS
No podemos perder la idea de que el café es el segundo producto más consumido en el planeta, por detrás del petróleo. De forma destacada, España es el tercer consumidor de café en formato cápsulas del mundo, por detrás de USA e Italia. En nuestro país, 1,5 millones de personas consumen diariamente cápsulas monodosis de café
Actualmente en el mercado nos podemos encontrar con variedad de cafeteras servidas con café compactado en cápsulas. El material utilizado para la fabricación de estas cápsulas suele ser de plástico o de aluminio, generalmente.
Figura 13. Cápsulas monodosis de café (Fuente: internet)
Está asociado desde el punto de vista del marketing, a que las cápsulas de aluminio nos ofrecen un producto de mayor calidad y más exclusivo. Otra ventaja del uso del aluminio en la fabricación de las cápsulas por parte de los productores es que ha quedado demostrado bajo varios estudios que el envase de aluminio conserva en mejores condiciones el sabor del café, ofreciendo mejores aromas, crema e intensidad al producto elaborado. Todo ello hace que quede o statado este tipo de afé e vasado o o afé de atego ía p e iu , de iendo así realizar un mayor desembolso respecto a otros cafés envasados en formatos alternativos, como son las cápsulas de plástico, por ejemplo.
Desde el punto de vista del negocio del café en formato cápsulas, es un mercado nos presenta cifras en tendencia ascendente, aumentando su crecimiento a nivel de ventas y facturación de forma acusada en los últimos años.
En relación con los datos ofrecidos recientemente por Nielsen, consultora encargada de medir el nivel de ventas en gran distribución, el mercado de cápsulas de café logró facturar en 2017 un 10% más que en 2016, alcanzando los 320 millones de euros. Se continua con la tendencia alcista del negocio de las cápsulas de café, que en el año 2016 logró vender un 9,8% más que el año anterior, en términos cuantitativos, llegaron a poner en el mercado más de 9 toneladas de cápsulas.
Actualmente existen varias empresas y marcas que fabrican y comercializan las cápsulas monodosis con envase de aluminio compatibles para máquinas de otros fabricantes. La pionera en diseñar y lanzar al mercado este tipo de formato fue la marca suiza Nespresso, pero ante el auge y crecimiento del mercado, atrajo a otros fabricantes a este mercado. Algunos de los competidores fabricantes de cápsulas monodosis de aluminio son Prosol, empresa española ubicada en Palencia; L`Or de JDE, propietario de Saimaza y Marcilla y competidor directo de Nespresso; y Markus, iniciando la actividad en 2016.
Un problema de presentan el consumo de este tipo de formato de cápsulas son los desechos provocados tras su uso, ya que la mayoría de los usuarios no lo reciclan correctamente. Tras el uso de estas cápsulas de aluminio permanecerán restos orgánicos adheridos a las paredes interiores de la cápsula usada.
Figura 14. Cápsulas monodosis de café utilizadas (Fuente: internet)
Ya empiezan a surgir entre varios fabricantes la concienciación medioambiental y del reciclaje.
Como ejemplo, la marca suiza Nespresso, la mayor compañía mundial de venta de monodosis, tiene en nuestro país más de 1.000 puntos donde poder depositar las cápsulas utilizadas. En todo el mundo cuentan con más de 15.000 centros, y sus responsables comentan que para el año 2020 esperan tener la capacidad para reciclar el 100% de su producción.
2.6. ESTUDIO DE MERCADO DE EQUIPOS PRODUCTORES DE CAFE
Tras detallar primeramente las partes y componentes que forman parte de una máquina productora de café bajo formato de cápsulas monodosis de aluminio, y de posteriormente describir las cápsulas monodosis o producto principal bajo las que operan, se procede seguidamente a detallar la distinta oferta que existiría hoy día en el mercado actual de equipos y máquinas cafeteras de producción con cápsulas monodosis de aluminio.
Actualmente se pueden encontrar varios modelos de cafetera en el mercado, dependiendo del formato de café en el que trabaja, pero de cara a nuestro estudio, nos centraremos en equipos
profesionales, destinados a baristas sobre todo, y a equipos que trabajan con cápsulas monodosis de aluminio.
• Modelos profesionales, usados por baristas y restauración o por usuarios, siendo modelos tradicionales de cafetera con cazo para rellenar de café molido previamente.
• Modelos de cápsulas monodosis, en el que los equipos se clasificarían internamente dentro de este grupo dependiendo el tipo de cápsulas utilizados.
En nuestro estudio de oferta, se procede a exponer los distintos equipos que se disponen en el mercado, adjuntando sus características y precios de compra.
Tabla 5. Estudio de mercado – Equipos profesionales. (Fuente figuras: internet) EQUIPO PROFESIONAL
Figura 15. Equipo automático profesional de 3 grupos CARACTERÍSTICAS
- Son equipos productores de café preparadas para soportar un gran flujo de servicios por jornada.
- Tienen más capacidad en los contenedores de café en grano de los molinillos y en los depósitos de agua, siendo de mayor tamaño que los equipos domésticos. Encontramos ejemplos de hasta 3 litros de capacidad.
- Algunas cafeteras profesionales montan dos molinillos que se puedan usar simultáneamente. También llevan dos caudalímetros, dos bombas o varios sistemas de calentamiento independientes, para poder hacer distintas elaboraciones al mismo tiempo.
- Son mucho más rápidas que una cafetera express convencional.
- Presentan mayor tamaño y peso.
- Las cafeteras automáticas profesionales permiten elaborar, con una sola pulsación de botón, una variedad mucho más amplia de bebidas distintas.
- Precios altos.
EQUIPOS DISPONIBLES EN EL MERCADO
ECM Classika II
Figura 16. Equipo ECM 84274 Elektronika II Profesional
-Equipo profesional de 1 grupo.
-Es una cafetera express manual.
-Construida de acero inoxidable.
-Peso: 27,2 kg
-Caldera: 2,1 litros, caldera de acero inoxidable con aislamiento.
-Depósito de agua fría de 3 litros -P e io: . , € + IVA
Saeco Xelsis EVO
Figura 17. Equipo Saeco Xelsis EVO
-Equipo profesional de 1 grupo.
-Tamaño reducido respecto a las de la competencia (37 x 28 x 42 cms).
-Depósito de agua mucho más pequeño (1.6 litros de capacidad) que los que montan otras cafeteras automáticas profesionales.
-Construida de acero inoxidable -Presenta una pantalla táctil
-Tiene un mayor contenedor (350 grs) para el café en grano.
-Tiene adicionalmente un vaporizador y un tanque de leche adicional para que no sea necesario mover nuestra de sitio durante las elaboraciones.
-P e io: . , € + IVA
ROSETA DISPLAY 2 grupos
Figura 18. Equipo ROSETA DISPLAY 2 grupos
-Equipo profesional de 2 grupos.
-Modelo con caldera múltiple, permite ajustar la temperatura individualmente en cada grupo erogador, lo que garantiza una óptima degustación del café expreso.
-Presenta 2 grifos de vapor basculantes. Lanzas de vapor aisladas térmicamente.
- Manómetro de presión de agua.
- Autolimpieza del grupo erogador.
-Desconexión automática de la resistencia por falta de agua (salva-resistencias).
-Precio: . , € + IVA
OTTIMA ELE 3 Grupos
Figura 19. Equipo OTTIMA ELE 3 Grupos
-Equipo profesional de 3 grupos.
-Grupos macizos de 2 kilos con sistema de infusión/extracción.
-Chasis galvanizado y exterior acero inoxidable.
-Caldera de cobre con calderines y termosifón independientes para cada grupo.
-Dos salidas de vapor orientables y de acero inoxidable; una salida agua.
-Motor bomba incorporada
-Control electrónico del nivel de agua en la caldera.
-Peso: 61 kgs.
-Precio: 2.229, € + IVA
18-NEW ELEGANCE-C 3 grupos
Figura 20. Equipo 18-NEW ELEGANCE-C
-Equipo profesional de 3 grupos.
-Caldera de 17. 5 L. Potencia 4290 W 400 V -2 grifo de vapor (inox)
-Carga de agua es realiza automáticamente -Grifo de vaciado de caldera
-Extracción de agua caliente para infusiones.
-Dimensiones: Ancho 980 x Fondo 610 x Alto 520 mm.
-P e io: . , € + IVA
Tras el estudio de mercado de las cafeteras profesionales, describiendo sus características y rango de precios que podemos encontrar actualmente en el mercado, se procede a realizar similar estudio, pero aplicado a equipos que utilizan café en formato cápsulas monodosis.
Tabla 6. Estudio de mercado – Equipos de cápsulas monodosis (Fuente figuras: intenet)
EQUIPO DE CAPSULAS MONODOSIS
Figura 21. Equipos de café con cápsulas monodosis.
CARACTERISTICAS:
- Equipos de pequeño tamaño y peso.
- Gran variedad de sabores y tipos de café.
- Presenta una rápida preparación, alrededor de 30 segundos en calentar el agua debido a su caldera Thermoblock.
- No requieren limpieza tras la elaboración al usar cápsulas desechables.
- El equipo suele ser barato, pero el precio del café es más caro (25-45 céntimos/cápsula):
▪ Nespresso: 36-46 céntimos (original). 19-29 céntimos (compatibles)
▪ Dolce Gusto: 31 céntimos (original). 18-22 céntimos (compatibles)
▪ Tassimo: 18-27 céntimos
▪ Senseo: 11-20 céntimos
- A más bares de presión en el grupo percutor, más cuerpo y mejor calidad. Lo ideal son entre 10-12 bares, aunque hay equipos que alcanzan hasta los 19 bares.
-El tamaño del depósito de agua suele alcanzar para 4-5 servicios.
-El equipo presenta un depósito de cápsulas usadas con capacidad de entre 8-9 cápsulas.
EQUIPOS DISPONIBLES EN EL MERCADO DeLonghi EDG305BG 0.8
Figura 22. Equipo de cápsulas DeLonghi EDG305BG 0.8
-Presión: 15 Bar -Capacidad (lt): 0.8 Ltrs -Depósito de agua extraíble -Depósito de agua (Litros): 0.8 Ltrs.
-Peso: 3 kgs.
-P e io: , €
Krups Nespresso Pixie Titán 1260
Figura 23. Equipo de cápsulas Krups Nespresso Pixie Titán 1260
-Presión: 15 Bar -Capacidad (lt): 0.7 Ltrs -Depósito de agua extraíble -Depósito de agua (Litros): 0.7 Ltrs.
-Peso: 5 kgs.
-P e io: €
-Incorpora detector del nivel de agua (se ilumina cuando le falta).
-Cuenta con apagado automático.
Philips HD7870/81 Senseo Twist
Figura 24. Equipo de cápsulas Philips HD7870/81 Senseo Twist
-Presión: 10 Bar -Capacidad (lt): 1 Ltrs -Depósito de agua extraíble -Depósito de agua (Litros): 1 Ltrs.
-Peso: 4,5 kgs.
-Precio: 106,70 €
-Incorpora detector del nivel de agua (se ilumina cuando le falta).
-Modo de desconexión automática.
-Función de modo de espera.
Nespresso XN1001 Krups Inissia
Figura 25. Equipo de cápsulas Nespresso XN1001 Krups Inissia
-Presión: 19 Bar -Capacidad (lt): 0.8 Ltrs -Depósito de agua extraíble -Depósito de agua (Litros): 0.8 Ltrs.
-Peso: 3,3 kgs.
-P e io: , €
-Incorpora detector del nivel de agua (se ilumina cuando le falta).
-Cuenta con apagado automático.
Expobar G10 Mini para cápsulas
Figura 26. Equipo de cápsulas Expobar G10 Mini 2 grupos
-Cafetera de cápsulas profesional.
-Sin necesidad de invertir en un molino y con la ventaja del control de dosis suministradas.
-Mantiene siempre la misma calidad del café independientemente de la persona que lo haga.
-2 grupos preparados para cápsulas.
-Centralita electrónica para control volumétrico de la dosis.
-Carga de agua automática.
-Caldera de cobre de 6 litros.
-Peso: 40 kgs
-Capacidad depósito cápsulas usadas: 40 uds.
-Intercambiador térmico por grupo.
-Un grifo de vapor con lanza en acero inoxidable.
-Un grifo de agua caliente con lanza de acero inoxidable.
-Precio: 2. , €
3. DISEÑO DEL EQUIPO
3.1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO
Como citamos en apartados anteriores, el diseño de los componentes y piezas que conforman nuestra máquina productora de café en formato cápsulas monodosis se ha realizado bajo el software de diseño 3D llamado Solidworks 2016, el cual nos ofrece distintas opciones de configuración y modelado desde una perspectiva industrial.
El objetivo es poder diseñar una máquina que combine varias características que comentamos a continuación:
• Que posea componentes similares triviales para el funcionamiento correcto. Estas distintas piezas fueron identificadas en el estudio sobre funcionamiento realizado a la cafetera de cápsulas monodosis nivel usuario la cual dispongo en propiedad y difundido en el apartado 2.4.2. del presente proyecto.
Figura 27. Imagen cafetera monodosis (Fuente: internet)
• Que posea la capacidad de poder ofrecer más de 1 servicio, todo ello conseguido bajo un mismo sistema de accionamiento, avanzando y retrocediendo la palanca de apertura y cierre de los grupos percutores, pueda producirse una producción en paralelo
Figura 28. Esquema – Ciclo producción
• Poder diferenciarla del resto de las máquinas existentes actualmente en el mercado ofreciéndole al cliente un uso distinto al actual, que solamente pueden disfrutar los particulares con las cafeteras actuales.
Esta nueva utilización del modelo propuesto estaría soportada y ofertada como en las máquinas existentes actualmente que poseen baristas y expertos del café en locales, restaurantes o servicios de hostelería y catering donde el volumen de consumo de este producto es mucho mayor, y donde el equipo diseñado busca principalmente ofrecer una optimización en el ciclo productivo acortando los tiempos de producción.
Figura 29. Imagen de máquina de café para hostelería (Fuente: internet)
Habría una oportunidad de negocio real si pudiéramos comercializar este equipo, ofreciendo un valor añadido y la ventaja competitiva que ofrecería nuestro diseño, ya que estaría adaptada a uso de cápsulas monodosis de aluminio, asociado socialmente a un producto de mejores calidades (sabor, aroma, etc.) respecto al que es ofrecido por el resto de los equipos.
• Basado en el modelo de máquinas autoabastecidas desde su parte superior, como por ejemplo sucede con máquinas automáticas de elaboración de zumos, otra de las características que se busca en el diseño es poder dotar al equipo diseñado un grado de autonomía y automatización que los equipos existentes hoy día no ofrecen.
Figura 30. Imagen de máquina de zumo automática (Fuente: internet)
Como observamos, el producto primario se deposita en un espacio o depósito ubicado en la parte superior del equipo, que por acción de la gravedad hace que vaya descendiendo por el interior de unos railes hasta llegar al compartimento diseñado para proceder con el ciclo productivo.
Aprovechando esta idea, y con los diseños de porta-cápsulas verticales actuales que existen en el mercado, introduciremos esta mejora en el diseño propuesto.
Figura 31. Imagen de porta cápsulas monodosis vertical (Fuente: internet)
3.2. EQUIPO PRODUCTOR
Partiendo del equipo real que disponía en casa, se realiza un pormenorizado estudio de todos los componentes y elementos que compondrían nuestra máquina propuesta.
Se inicia el desmontaje del equipo particular, observando las partes extraíbles y externas del equipo, para posteriormente observar las internas del equipo.
Para que las medidas ofrecidas en el proyecto tuvieran un soporte y un rigor técnico, se procede, en un primer paso previo al modelado, a la toma de medidas de los componentes y partes internas de la cafetera monodosis nivel usuario que disponía en casa.
Figura 32. Toma de medidas componentes internos
Figura 33. Toma de medidas componentes externos
A continuación, se procede a detallar los componentes diseñados en 3D y que formarían parte del diseño propuesto para el presente proyecto:
3.2.1. CARCASA EXTERIOR
Esta pieza alberga el caparazón o estructura externa sobre la que se diseña y ensambla el resto de las piezas y componentes, y sobre la que ofrece la característica de hacer al modelo final más compacto y resistente a golpes exteriores. Sobre este componente se irán ensamblando y encajando los perfiles y demás piezas internas fundamentales para el funcionamiento que componen el modelo.
Tal y como se puede observar en la siguiente figura 3.8., el cuerpo presenta forma de perfil en forma de U y cuyo material podría ser un plástico endurecido con el objetivo de abaratar costes de fabricación, disminuir el peso final de la máquina, y con la característica de poder absorber golpes provenientes del exterior.
Figura 34. Vista modelo 3D frontal y trasera de la carcasa exterior
El cuerpo de la máquina presenta como medidas completas finales unas dimensiones exteriores de 400x250x250mm. Otra incorporación al diseño han sido poder sumarle al quipo unas patas con forma cilíndrica de diámetro 20 mm. Estas patas podrían ser de material de caucho, por ejemplo, que permitiera la amortiguación y absorción de pequeñas vibraciones o golpes que recibiera el equipo.
Figura 35. Detalles externos del diseño 3D de la carcasa exterior
Se introducen en el diseño en la parte interna de la carcasa unos dos perfiles horizontales que une los dos laterales del equipo. Lo que buscamos con este componente es dotar de estabilidad a la carcasa para evitar que pandee o se deforme en el futuro; y la segunda finalidad es la de poder albergar o posicionar sobre la superficie de estos dos perfiles los 3 grupos percutores responsables de la elaboración de café en su interior.
Figura 36. Detalles internos del diseño 3D de la carcasa exterior
También resaltar que en el lateral izquierdo (vista frontal), se introduce unos orificios en forma de rejilla, justo en la parte donde en su parte interior va alojada la caldera, todo ello con el objetivo de evitar futuros calentamientos en el interior del equipo, provocando así un mal funcionamiento o fallo de sus piezas internas. Lo ue se us a o esto es pode deja espi a el equipo y que la temperatura no se eleve en su interior.
Otro detalle es la abertura de un espacio de dimensiones 80x80mm en su lateral izquierdo (vista frontal) donde iría alojado el depósito extraíble encargado de recoger las cápsulas monodosis tras la elaboración. Se puede observar también las modificaciones realizadas en la parte posterior del cuerpo, en donde iría alojado el depósito de agua.
3.2.2. DEPOSITO RECOGE CAPSULAS
Este depósito extraíble estaría alojado en la parte frontal del equipo. Estaría encargado básicamente de recogida y almacenaje de las cápsulas utilizadas previamente y que descienden por acción de la gravedad tras ser usadas en el ciclo productivo, por lo que en el diseño de trata de que el componente tuviera una accesibilidad fácil y rápida por parte de los usuarios.
Figura 37. Diseño 3D depósito recoge cápsulas usadas
Se ha optado por diseñar una abertura en la parte lateral de dimensiones 80x80 mm, no quedando finalmente ubicada en la parte frontal como en el resto de las cafeteras monodosis.
La razón es que este nuevo diseño nos ofrece poder disponer de mayor capacidad de cápsulas usadas sin necesitar su vaciado, por lo que obtenemos una reducción la interactuación exterior por parte del usuario.
Figura 38. Simulación 3D del depósito recoge cápsulas usadas
3.2.3. FRONTAL
Este componente del diseño sería la parte frontal de la máquina. Como se puede observar en la siguiente figura 3.13., dispone de incisiones taladradas de diámetro 5mm para que quede fijada sobre la carcasa, facilitando su desmontaje si fuera requerido para futuras tareas de mantenimiento o posibles reparaciones.
Figura 39. Simulación 3D de la pieza frontal
Otro detalle que presenta la pieza son los 3 orificios circulares de diámetro 52 mm sobre los que iría instalados los grifos exteriores. También se presenta en la esquina superior derecha un espacio destinado a albergar los botones de encendido, apagado del equipo y activación del ciclo productivo.
Figura 40. Detalles del diseño 3D de la pieza frontal
3.2.4. DEPOSITO RECOGE LIQUIDOS
El depósito diseñado tiene el objetivo de recoger y almacenar fluidos y líquidos provenientes de la etapa de producción. Su ubicación estará en el frontal de nuestra máquina, bajo las boquillas por donde saldrá el café producido.
Figura 41. Diseño 3D del depósito recoge líquidos
Como se observa, en letras en relieve llevaría el nombre de la universidad donde se han cursado los estudios. Las dimensiones del depósito serían de 400x150x80mm, en su superficie estaría adaptada para poder alojar una superficie en forma de rejilla que dejara pasar los fluidos hasta el interior del depósito.
Figura 42. Detalles del diseño 3D del depósito recoge líquidos
Una propuesta de mejora, si la máquina estuviera en una posición fija en un establecimiento, por ejemplo, sería la de adaptarle en su base un orificio y conectarle una tubería conectada directamente con el desagüe del establecimiento, para evitar así tener que revisar y efectuar el vaciado de la misma.
3.2.5. REJILLA DEPOSITO RECOGE LIQUIDOS
La pieza diseñada estaría ubicada en la superficie del depósito recoge líquidos. Sus dos funciones principales son la de albergar en su superficie los recipientes o tazas destinados a alojar el fluido elaborado por nuestra máquina, y su segunda función es la de dejar pasar hasta el interior del depósito recoge líquidos los derrames y fluidos provenientes de la etapa de producción y del llenado de los envases destinados para este fin.
Figura 43. Diseño 3D de la rejilla del depósito recoge líquidos
Como podemos observar, la dimensión de planta (400x150mm) serán idénticas a las diseñadas en el depósito recoge líquidos, todo ello para que encaje perfectamente.
Figura 44. Detalles del diseño 3D de la rejilla del depósito recoge líquidos
3.2.6. VALVULA DEPOSITO AGUA
Formando parte del conjunto formado por la jarra o depósito de agua se pueden encontrar dentro del subconjunto varias piezas, entre ellas esta válvula que iría alojada en el interior del orificio cilindro del fondo del depósito de agua.
Figura 45. Diseño 3D de la válvula de entrada al depósito de agua
Sobre ella irían ensambladas dos piezas más como son un muelle que haga la fuerza para apertura y cierre de la válvula del depósito para dejar pasar el agua de la jarra al interior del equipo. La otra pieza será una junta tórica que haga las funcio es de tapó ue i pida la entrada de agua al interior del equipo cuando no corresponda.
Figura 46. Detalles del diseño 3D de la válvula de entrada al depósito de agua
3.2.7. JUNTA DEPOSITO AGUA
La pieza diseñada es una junta tórica de espesor diámetro 1mm y diámetro central 12mm que iría ensamblada concéntricamente a la válvula descrita anteriormente.
Figura 47. Diseño 3D junta depósito agua
Esta válvula, al estar en contacto con agua del interior de la jarra sufrirá un desgasta, picándose y agrietándose con el tiempo, por lo que cada cierto tiempo sería necesaria su sustitución.
Figura 48. Detalles del diseño 3D junta depósito agua
3.2.8. MUELLE VALVULA DEPOSITO AGUA
Este muelle de 0.10mm de diámetro y 8mm de longitud iría alojado concéntricamente a la pieza del fondo de la jarra, con el objetivo de hacerla retornar a su posición inicial tras haber dejado pasar agua de la jarra al interior de la máquina.
Figura 49. Diseño 3D muelle válvula depósito de agua
Figura 50. Detalles del diseño 3D muelle válvula depósito de agua
3.2.9. DEPOSITO DE AGUA
El depósito de agua será fabricado de un plástico endurecido y transparente, tal y como aparece en la siguiente figura, todo ello con la finalidad de que los usuarios puedan detectar el nivel interior de agua del depósito para proceder a su rellenado cuando sea necesario. Para esta función se ha incorporado un asa en su parte central, sobre todo para facilitar la operación de llenado y colocación en el espacio diseñado para albergar el depósito.
En su parte inferior dispone de un orificio cilíndrico por donde accederá el agua al interior del equipo, y sobre en que se alojarán las piezas que forman el subconjunto del depósito de agua, como son la válvula, junta tórica y el muelle descritos anteriormente.
Figura 51. Diseño 3D depósito de agua
La capacidad de este depósito está estimada en que tendría la capacidad de almacenar 3.6 litros.
Las dimensiones exteriores son 392x120x80mm.
Figura 52. Detalles del diseño 3D depósito de agua
A continuación, se detallan el subconjunto final del depósito de agua formado por los componentes anteriormente descritos.
Figura 53. Diseño 3D del subconjunto depósito de agua
3.2.10. PLANCHA TRASERA HORIZONTAL
Esta plancha de 2mm de espesor iría alojada en la parte trasera del equipo, soportando en su superficie el subconjunto del depósito de agua descrito en el punto anterior.
Figura 54. Diseño 3D de la plancha trasera horizontal
Como se puede observar, presenta 2 taladros para alojar tornillos de métrica 2,5mm, y un orificio central de diámetro 12mm para dejar atravesar el agua proveniente del depósito hasta el interior del equipo.
Figura 55. Detalles del diseño 3D de la plancha trasera horizontal
3.2.11. PLANCHA TRASERA VERTICAL
Esta plancha de 2mm de espesor estará ubicada en la parte posterior del equipo, en vertical. Se han diseñado 2 orificios taladrados para que en etapas posteriores de uso del equipo se pueda proceder correctamente a un desmontaje y abertura de la máquina para las correspondientes manipulaciones de la misma.
