Diseño de máquina automatizada para reducir el consumo de nitrógeno líquido utilizando un atomizador helicoidal en el proceso de elaboración de helados

Abstract

El presente trabajo consiste en el diseño de máquina automatizada para mejorar la eficiencia en la elaboración de helados utilizando nitrógeno líquido, en el cual se busca optimizar los procesos en la preparación de helados reduciendo el consumo de nitrógeno líquido y el tiempo de producción. Todo esto, a través de un sistema de control secuencial que controla un sistema de aspersión del nitrógeno líquido. En principio se analizó el campo de los helados elaborados con nitrógeno líquido y sus requerimientos por no realizarse de manera automática. Dicho análisis condujo a la conclusión de que el proceso debería automatizarse para optimizar el uso de nitrógeno líquido y en consecuencia economizar en cada aspersión; así mismo proteger al operario de quemaduras graves por manipulación directa de este insumo. Por ello, se escogió un sistema de control a través de un Raspberry PI 4, en el cual se realizó la programación para el funcionamiento y control para elaborar, de manera automática, un helado completamente en un lapso de dos minutos. El sistema completo consta de partes mecánicas, electrónicas y programables, que en conjunto forman una máquina que realiza, de manera secuencial, la elaboración de helado completamente automática. Dicha máquina realiza el proceso de aproximadamente dos minutos desde que se presiona el pulsador de inicio hasta que se retira el producto. Posteriormente, se implementó el sistema y se logró simular su funcionamiento total con un tiempo de dos minutos por porción de helado y la capacidad de elaboración continua. Este resultado garantiza un proceso seguro y automático para la elaboración de helados utilizando nitrógeno líquido de manera eficaz.

The present work consists of the design of an automated machine to improve efficiency in the production of ice cream using liquid nitrogen, seeking to optimize the preparation processes by reducing both the consumption of liquid nitrogen and the production time. All of this is achieved through a sequential control system that manages a liquid nitrogen spraying mechanism. Initially, the field of ice cream was made with liquid nitrogen, and its requirements was analyzed, noting that the process is not carried out automatically. This analysis led to the conclusion that the process should be automated to optimize the use of liquid nitrogen and, consequently, to save on each spray, while also protecting the operator from serious burns caused by direct handling of this input. Therefore, a control system using a Raspberry Pi 4 was chosen, on which the programming was carried out to enable the functioning and control necessary to automatically produce complete ice cream in a span of two minutes. The complete system consists of mechanical, electronic, and programmable parts that together form a machine that performs, in a sequential manner, the fully automated preparation of ice cream. This machine carries out the process in approximately two minutes from the moment the start button is pressed until the product is removed. Subsequently, the system was implemented and its total operation simulated, achieving a time of two minutes per ice cream portion with continuous production capability. This result guarantees a safe and automated process for the efficient production of ice cream using liquid nitrogen.