STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DEL GRUPPO DI COTTURA E PULIZIA DI UNA MACCHINA AUTOMATICA VENDING PER LA COTTURA DELLA PASTA

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Livio Mele
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1 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

2 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.

3 INSERIMENTO DELLA PASTA 140 C 4 bar 1 PENTOLA DI COTTURA 2 PENTOLA DI COTTURA 110 C 1 bar VALVOLA A SARACINESCA 3 PENTOLA DI COTTURA 90 C 1 bar

4 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

5 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

meridiana P = pressione interna R = raggio interno

7 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

8 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.

9 H = 250 mm Volume isolato camera di cottura

10 Filtro Acqua 140 C 4,5 bar 1 shock 140 C, 4 bar per 30 secondi Bollitore n 2

11 Fase iniziale Fase di espansione Fase di espansione 3 fase Acqua 90 C, 1 bar 140 C, 4 bar 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

12 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.

13 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.

14 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

15 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.

16 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

ghigliottina aprire e non in base alle forze da vincere in quanto

piccole forze di attrito esistenti e piccole entità di forze d

17 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

18 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

19 Ideato dall ing. Andrea Bastoni Motore passo a passo Contenitore 250 piatti Elica Ruota dentata condotta Ruota dentata motrice

20 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

21 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

22 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.

inox L idea è quella di realizzare la pulizia della camera di cottura mediante un ugello a reazione posto al di sotto dell attuatore

24 Scolata la pasta dalla pentola di cottura attraverso l apertura della valvola a ghigliottina e impiattata, inizia Tubo flessibile la fase di pulizia della pentola, necessaria a 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. Pompa a palette Serbatoio di accumulo

compatibile con quella in gioco ovvero 0,7 litri ; -Litri iniziali = 1 litro; -Litri assorbiti dalla pasta = 0,3 litri IMPONENDO

25 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 ) ; una portata compatibile con quella in gioco ovvero 0,7 litri ; -Litri iniziali = 1 litro; -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

26 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

27 Litri recuperati per ciclo: 0,7 litri Recupero termico per ciclo: 1 C Elettrovalvola 3 vie Filtro Bollitore 1

30 MACCHINA INIZIALE NUOVA MACCHINA SISTEMA DI PULIZIA Non presente Sistema di pulizia tramite ugello a reazione con angolo di spruzzo 180 SISTEMA DI COTTURA Tre pentole con numerosi passaggi della pasta INGOMBRI TOTALI Unica pentola di cottura con nessuno movimento della pasta 2X2X1,5 metri 2x1,4x1,1 metri

32 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

34 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.

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