Studio gruppo cottura e pulizia - Pizzarello

ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
II Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
sede di Forlì
Elaborato di laurea in
Disegno tecnico industriale
STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DEL GRUPPO
DI COTTURA E PULIZIA DI UNA
MACCHINA AUTOMATICA VENDING PER LA
COTTURA DELLA PASTA
CANDIDATO
Francesco Pizzarello
RELATORE
Prof. Ing. Luca Piancastelli
CORRELATORI
Dott. Ing. Gianni Caligiana
Dott. Ing. Alessandro Ceruti
Sessione III
Forli 23/03/2011
IDEARE
REALIZZARE
OTTIMIZZARE
Una soluzione che permetta di migliorare il
gruppo di cottura di una macchina automatica
esistente per la cottura di spaghetti attraverso
shock termici e che provveda in modo del tutto
autonomo alla pulizia del gruppo di cottura
stesso.
INSERIMENTO
DELLA PASTA
1° PENTOLA DI
COTTURA
140°C 4 bar
2° PENTOLA DI
COTTURA
110°C 1 bar
VALVOLA A
SARACINESCA
3° PENTOLA DI
COTTURA
90°C 1 bar
Ingombro (dimensioni 2x2x1,5 metri)
Peso
Prevede
innumerevoli
passaggi
attraverso
tre
diverse
pentole,
risultando cosi un processo di cottura
troppo elaborato, richiedendo tempi di
ciclo abbastanza elevati.
Mancanza di igienicità, in quanto non vi
è un sistema atto ad effettuare e
mantenere in condizioni idonee le parti
a contatto con gli alimenti come previsto
dalle norme igieniche attuali
Entrata pasta
1° pentola attuale macchina
1° shock termico 140°C 4 bar
UNICA pentola
avvengono i 3 shock termici
1° shock termico a 140°C 4 bar
2° shock termico a 110°C 1 bar
3° shock termico a 90°C 1 bar
Entrata acqua
di cottura
Uscita acqua
di cottura
Materiale usato 316 L
Tensione di snervamento 150 MPa
Idoneo per usi
alimentari
σm = come tensione meridiana
P = pressione interna
R = raggio interno del serbatoio
IPOTIZZO
S = spessore del serbatoio = 2 mm
CS = 10
Al fine di realizzare, in pentola di cottura, le condizioni
necessarie per compiere gli shock termici a diverse
pressioni e temperature, si è pensato di collocare un
attuatore pneumatico a doppio effetto sull’ estremità
superiore della pentola di cottura.
Avanzando verso il basso e alzandosi, l’attuatore crea,
all’interno della camera di cottura le condizioni al fine di:
 isolare un volume idoneo a realizzare la pressione
desiderata per gli shock termici ;
 creare un volume isolato dall’ambiente esterno
dopo l’ingresso della pasta.
H = 250 mm
Volume isolato
camera di cottura
Filtro
Acqua
140°C 4,5 bar
Bollitore n°2
1° shock
140°C, 4 bar per
30 secondi
Fase iniziale
Fase di espansione
3° fase
90°C, 1 bar
Acqua
140°C, 4 bar
Fase di espansione
2° fase
110°C, 1 bar
Per effettuare la risalita del pistone si è scelto di
utilizzare un regolatore di pressione automatico
servo azionato in modo da regolare la portata di aria
di alimentazione del cilindro pneumatico al fine di
decrementare la forza esercitata dal cilindro stesso
e permettere in questo modo la risalita dello stelo
fino al realizzarsi delle condizioni volute nella
camera di cottura.
Per effettuare la risalita dell’attuatore pneumatico è
stata scelta la regolazione sullo scarico in quanto
garantisce rispetto a quella sulla mandata:
 un funzionamento regolare e omogeneo anche a
bassa velocità;
a differenza del caso di regolazione sulla mandata, in cui si manifestano
vistose irregolarità del moto, con tipici fenomeni di avanzamento a balzi
alternati a fasi di sosta soprannominati stick-slip.
S = 45 mm
T parete = 34° C
Ultimata la fase di cottura attraverso i tre shock termici, la pasta deve essere
scolata per poi essere posizionata in un opportuno piatto da poter essere
consegnata al cliente.
L’idea che sta alla base della progettazione della macchina automatica è quella
che in seguito ad ogni ciclo di cottura, essa provveda, in modo automatico e del
tutto autonomo, senza l’utilizzo di un nuovo quantitativo di acqua, ad effettuare
un ciclo di pulizia della pentola perFiltro
eliminare eventuali residui di pasta e
mantenere in questo modo un alto livello di pulizia e basso livello di
contaminazione.
Nasce l’esigenza di accumulare l’acqua di cottura della pasta per poi essere
filtrata e utilizzata per la fase di pulizia.
Serbatoio coibentato
volume = 1 litri
Al fine di garantire uno scarico, efficiente e rapido, della pasta cotta
Impiego di una VALVOLA A GHIGLIOTTINA ad
azionamento pneumatico costituita :
 da un corpo in acciaio AISI 316
 da un orifizio circolare che permette il
passaggio, nel nostro caso, della pasta cotta
 da una saracinesca,
libera di scorrere
all’interno del corpo in acciaio, il cui compito è
di regolare l’apertura dell’orifizio.
 il pistone può essere collegato
direttamente
all’oggetto
da
movimentare
 richiede ingombri poco superiori alla
corsa
Dimensionamento è stato eseguito :
in base all’esigenza di avere una corsa sufficientemente utile ad
l’orifizio della valvola a ghigliottina
aprire
e non in base alle forze da vincere in quanto nel caso in esame l’attuatore
pneumatico deve vincere solo piccole forze di attrito esistenti e piccole entità
di forze d’ inerzia dovuto alla massa della ghigliottina.
PRINCIPALE PRIORITA’
CORSA = 90 mm
In contemporanea alla scolatura dell’acqua di cottura per permettere la fuoriuscita
della pasta attraverso la valvola a ghigliottina, vi è la necessità di collocare il piatto
sotto l’apertura della valvola stessa.
CARICATORE
PIATTO
GUIDE PIATTO
Ideato dall’ing. Andrea Bastoni
Motore passo
a passo
Contenitore
250 piatti
Elica
Ruota dentata
condotta
Ruota dentata
motrice
Attuatore pneumatico
senza stelo
Guide di
accompagnamento
piatto
Lamierina
Guide di scorrimento piatto
Dimensionamento è stato eseguito :
in base all’esigenza di avere una corsa sufficientemente utile tale da coprire la
distanza necessaria per posizionare il piatto:
 dapprima sotto la pentola di cottura con una corsa di 480 mm
 successivamente nell’ apposita apertura di prelievo per essere
consegnato al cliente con una corsa di 320 mm
e non in base alle forze da vincere in quanto nel caso in esame l’attuatore
pneumatico deve vincere solo piccole forze di attrito esistenti e piccole entità
di forze d’ inerzia dovuto alla massa del piatto da spostare.
PRINCIPALE PRIORITA’
CORSA = 800 mm
VANTAGGI POLIETILENE 1000
 buona resistenza all’abrasione;
 dotato di un basso coefficiente
di attrito;
Piatto in polietilene 1000
 resistente a temperatura attorno
ai 90°C, compatibili con le nostre
temperature in gioco.
 funge da elemento di guida del piatto;
 funge da otturatore della bocca di collegamento tra il vano pentola e il vano di
servizio piatto al fine di scongiurare l’ingresso accidentale di un arto all’interno di
uno spazio contenente superfici calde e corpi taglienti in movimento.
Scolata la pasta dalla pentola di cottura attraverso l’apertura della valvola a
ghigliottina e impiattata, inizia
la fase di pulizia della pentola, necessaria a
Tubo flessibile
mantenere un elevato indice di pulizia.
inox
L’idea è quella di realizzare la pulizia della camera di
cottura mediante un ugello a reazione posto al di
sotto dell’attuatore pneumatico, il quale provvederà
ad effettuare il ciclo di pulizia percorrendo tutta la
distanza della pentola di cottura, realizzando cosi
una pulizia completa e omogenea.
Serbatoio di
accumulo
Pompa a
palette
Il dimensionamento è stato eseguito in base all’esigenza di avere:
 in ingresso all’ugello, acqua con una pressione idonea al corretto funzionamento
dell’ugello stesso;
 un tempo ciclo pulizia sufficientemente basso ( circa 6 secondi ) ;
-Litri iniziali = 1 litro;
 una portata compatibile con quella in gioco ovvero 0,7 litri ; -Litri assorbiti dalla
pasta = 0,3 litri
IMPONENDO UNA PRESSIONE di lavoro dell’ugello pari a circa 3 bar
FLUIDOTECH TMSS200 INOX curva F-F’
con motore TMCF01S monofase intermittente a 50 Hz
Avendo l’esigenza di pulire la superficie interna del cilindro che funge da pentola
di cottura
UGELLO A REAZIONE CON ANGOLO DI
SPRUZZO A 180°
Litri recuperati per ciclo: 0,7 litri
Recupero termico per ciclo: 1 °C
Elettrovalvola
3 vie
Filtro
Bollitore 1
MACCHINA INIZIALE
NUOVA MACCHINA
SISTEMA DI PULIZIA
 Sistema di pulizia tramite
ugello a reazione con angolo
di spruzzo 180°
Non presente
SISTEMA DI COTTURA
Tre pentole con numerosi
passaggi della pasta
 Unica pentola di cottura con
nessuno movimento della
pasta
INGOMBRI TOTALI
2X2X1,5 metri
 2x1,4x1,1 metri
Sistema automatico, che provveda ad erogare direttamente sulla porzione di
pasta appena cotta, il condimento precedentemente selezionato dal cliente,
tra una ristretta tipologia di sughi proposti.
Realizzare un telaio opportuno a sostenere gli elementi costitutivi del sistema
di cottura e posizionamento piatto.
Il dimensionamento è stato eseguito in base all’esigenza di :
 contrastare il valore della pressione ( 4 bar ) in camera di cottura;
In seguito alla forza resistente è stato calcolato il diametro minimo di alesaggio
 avere una corsa sufficiente di 350 mm, necessaria a coprire l’altezza della
pentola per realizzare la fase di pulizia che avverrà dopo la cottura della
porzione di pasta.