Diseño de Máquina Despulpadora de Café

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
CURSO:
MAQUINARIA INDUSTRIAL I
DOCENTE:
Mg. Ing. Norman Osvaldo Aguirre Zaquinaula
ALUMNO:
 Quispe Manrique Cristopher Xavier
 Arroyo Carrasco Carlos Alberto
 Puelles Delgado Roldan David
 Vargas Estela Karlo Stip
CICLO:
9 Ciclo – 2022-II
LAMBAYEQUE – PERÚ: FEBRERO 2023
INDICE
RESUMEN ........................................................................................................................................................................... 3
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................................ 1
1. TERMINOLOGÍA ............................................................................................................................................................ 2
2. ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DEL CAFÉ.............................................................................................................. 3
2.1 COSECHA .................................................................................................................................................................... 3
2.2 MANEJO POST-COSECHA ....................................................................................................................................... 4
2.3 BENEFICIO SECO ...................................................................................................................................................... 4
2.4 BENEFICIO HÚMEDO ................................................................................................................................................ 4
3. DEFINICIÓN DE DESPULPADO................................................................................................................................. 4
3.1 TIPOS DE DESPULPADO ......................................................................................................................................... 5
4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................................................................... 6
5. OBJETIVOS .................................................................................................................................................................... 7
5.1. Objetivo general .......................................................................................................................................................... 7
5.2. Objetivos específicos ................................................................................................................................................. 7
6. LISTA DE EXIGENCIAS ............................................................................................................................................... 8
7. ESTRUCTURA DE FUNCIONES .............................................................................................................................. 11
7.1. CAJA NEGRA............................................................................................................................................................ 11
7.2. PROCESOS TECNICOS ......................................................................................................................................... 11
7.3. ESTRUCTURA DE FUNCIONES GENERALES .................................................................................................. 12
7.4. MATRIZ MORFOLÓGICA ....................................................................................................................................... 15
8. EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS PROPUESTAS .................................................................... 17
9. CONCLUSIONES ........................................................................................................................................................ 20
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................................................ 21
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Partes del café en cereza ............................................................................................ 2
Figura 2: Cosecha del café en cereza ........................................................................................ 3
Figura 3: Despulpado ................................................................................................................ 5
Figura 4: Caja negra ................................................................................................................ 11
Figura 5: Funciones generales ................................................................................................ 13
Figura 6: Estructura de funciones ........................................................................................... 14
Figura 7: Evaluación de propuestas ........................................................................................ 19
Figura 8: Concepto solución ................................................................................................... 20
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Lista de exigencias ...................................................................................................... 8
Tabla 2: Matriz morfológica ................................................................................................... 15
Tabla 3: Evaluación económica .............................................................................................. 17
Tabla 4: Evaluación Técnica ................................................................................................... 18
Tabla 5: Evaluación de conceptos de solución ....................................................................... 19
RESUMEN
El desarrollo del diseño de la maquina despulpadora de café, luego de realizar un estudio de
sus necesidades, se planteó una solución que ayudara a aumentar la producción y disminuir los
defectos en el grano de café, causados por el uso de una maquina ineficiente y obsoleta. Después
que se selecciona la alternativa más viable, se realizan los cálculos pertinentes para el diseño
detallado de la máquina, se realizara los manuales que contiene la información para su operación,
montaje, mantenimiento y lo más importante las normas de seguridad que protegen la integridad
del operario. Por último evaluaremos el impacto ambiental y la evaluación financiera, que
determina la viabilidad del proyecto y sus beneficios.
INTRODUCCIÓN
Perú es un país en vía de desarrollo, ante lo cual gran parte de la población habita en zonas
rurales, por lo que su sustento se basa en la venta y consumo de lo cosechado en sus tierras,
gracias a los diversos climas y la variedad de altitud en las tierras se pueden sembrar muchos
productos como el café nacional, el cual se destaca no solo por su original sabor, sino también
por su olor y la calidad de su grano. Según la SUNAT, los montos de exportación de café entre
enero y junio de 2022 sumaron un total de US$ 436 millones, un 328% más con respecto al
mismo periodo de 2021, convirtiéndose en la mayor suma exportada durante un primer semestre
de los últimos años , esto ha ocasionado que los caficultores aumenten la producción, esto se ve
en manifiesto con el incremento de hectáreas sembradas, esto conlleva a aumentar la
producción, sin embargo este aumento conlleva a la adquisición de equipos acorde a su nuevo
nivel de productividad. El cultivo y beneficio del café es un proceso que consta de varias etapas,
cada uno de ellos es de vital importancia en la calidad del producto final, dadas las condiciones
de los terrenos y posterior al análisis de la situación realizado, se definió que el despulpado es el
proceso donde mayores inconvenientes y daños al fruto se producen, por tal razón en este
proyecto se busca diseñar una maquina despulpadora de café que cumpla con las necesidades
planteadas.
1. TERMINOLOGÍA
Café: es el producto en forma de frutas y granos de las especies cultivadas Coffea Linnaeu,
cuyos granos son utilizados en diferentes etapas como alimentos.
Café verde o grano oro: es el producto formado por las semillas de los frutos maduros de las
plantas cultivadas de café, especies Coffea arábiga y Coffea robusta; extraídas de la envoltura
externa (exocarpio, mesocarpio y endocarpio). Café cereza: termino que se emplea para el fruto
de café maduro, que consta de: piel, pulpa, mucilago, pergamino y grano, como se indica en la
figura 1.
Figura 1: Partes del café en cereza
Fuente: Internet
Endocarpio: este término es empleado para designar al “pergamino”, el cual está unido a la
semilla cuando ésta fresca, la cual se separa al momento que se seca el café.
Epicarpio o exocarpio: término empleado para designar la piel del fruto y la cual protege al
fruto.
Grano: termino designado para las semillas que contiene la cereza del café. Mesocarpio: capa
de tejido que se ubica entre el epicarpio y el endocarpio, y la cual posee principalmente de
mucílago, pectináceo y pulpa.
Mucílago: término empleado para especificar la capa viscosa que es ubicada junto a la pulpa
y se adhiere al pergamino; esta capa no se elimina en el despulpado.
Pulpa: capa exterior del mesocarpio, que se ubicada debajo de la piel, se retira con una
máquina despulpadora.
2. ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DEL CAFÉ
El tratamiento del café en cereza, empieza con el proceso de cosecha el cual necesita
dedicación y tiempo para el cultivo.
2.1 COSECHA
El momento de la cosecha se realiza el pipeteo este despoja a la cereza madura, para esta
actividad es necesario realizarla en dos o cinco turnos; este método obtiene el grano de mejor
calidad y es realizado por pequeños caficultores llamados sobado en el cual se quita las
cerezas tiernas y maduras este método genera una producción baja.
Figura 2: Cosecha del café en cereza
Fuente: Tulacingo cosecha del café
2.2 MANEJO POST-COSECHA
Este tratamiento también es conocido como beneficio, con este se obtiene el café oro el cual
se obtiene al despojar las cerezas rojas y maduras de cafeto y empleando algunos procesos se
comercializa el producto.
La post-cosecha o beneficio consta de dos partes: Beneficio Seco y Beneficio Húmedo.
2.3 BENEFICIO SECO
El café en cereza es limpiado de las ramas, hojas y toda clase de desechos, posteriormente
es secado en el sol moviéndolo constantemente para evitar el moho, el secado dura ocho días
en climas adecuados; en climas con lluvias, humedad y cielos nublados puede ocasionar que la
pulpa se pudra.
2.4 BENEFICIO HÚMEDO
En este proceso el café es colocado en tanques con agua los cuales permiten quitar las
impurezas que flotan, la cereza se remoja durante 12 horas este proceso sirve para que los
granos se hinchen y posteriormente se elimina la pulpa.
Luego los granos son secados lo cual reduce el grano y elimina envolturas externas este
proceso es realizado de dos maneras: la primera es dejarla secar con el sol o en máquinas
secadoras con aire caliente manteniéndolo con una humedad del 10% en el proceso. El
producto final es conocido con el nombre de café verde, luego se selecciona manualmente a
con la ayuda de una maquina las semillas defectuosas y elementos extraños al café.
3. DEFINICIÓN DE DESPULPADO
Podemos definir al proceso de despulpado como la operación de remover el exocarpio o
cascara del fruto (café cereza); este proceso se produce mediante el estrujamiento del café
cereza entre dos superficies en movimiento relativo, este proceso debe realizar el mismo día de
la recolección de café, como se muestra en la figura 3.
Figura 3: Despulpado
Fuente: Internet
3.1 TIPOS DE DESPULPADO
A continuación se describirán los diferentes tipos de despulpado.

Despulpado seco
Este proceso de despulpado se requiere corrientes de agua sobre la maquina despulpadora,
ya que el agua residual tiene contacto con la pulpa pero el inconveniente principal de esta
máquina se opone al principio de requerimiento mínimo de caudales de agua en el lugar de
despulpado.

Despulpado húmedo.
Para realizar este proceso es necesario que el grano de café en cereza sea puesto
previamente en tanques con agua, este proceso es el más utilizado por los caficultores, la
mayoría de máquinas son diseñadas para trabajar bajo este proceso.
4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Para entender un poco más las variables en la calidad del producto es necesario entender
que el procedimiento más importante del proceso de lavado es el despulpado, pero antes se
debe comprender que afecta el precio del grano a nivel comercial, principalmente este valor
depende de tres variables:

Procedencia
Esta variable corresponde al lugar de cosecha del grano o puerto del cual embarco para su
exportación.

Defectos
A pesar del cuidado de los caficultores en las diversas etapas de la cosecha y producción,
los granos pueden presentar defectos, tales como, granos rotos, manchados o impurezas.

Características
Para un producto de calidad superior se tienen en cuenta algunas características básicas
como el tamaño del grano, su color, uniformidad, sabor y olor. Al realizar un breve análisis de
las variables que afectan el precio del producto observamos que desde el punto de vista del
agricultor, la procedencia ni las características son controladas por él, ya que la procedencia es
constante para el campesino, este no varía el lugar de los cultivos, lo mismo ocurre con las
características, que en su mayoría dependen del lugar de procedencia. De esta manera la
única variable que el productor podría controlar son los defectos, la mayoría de ellos ocurren
durante el proceso de despulpado, causados por la máquina, los principales son:
 Granos rotos: Este es un problema muy grave, ya sea que el grano presente una rotura
parcial o total, al tener un grano roto este puede infectar de hongos los sanos.
 Pedazos de cascara en el pergamino: además de manchar el grano, los pedazos de
cascara pueden afectar la fermentación reduciendo de esta manera la calidad del
producto, este problema puede ser solucionado con un excelente lavado de los granos.
Está establecido internacionalmente que para evaluar estos defectos se debe tomar
una muestra de cada saco y contar el número de cada uno de estos defectos, esta se
cuenta para determinar el precio del saco de café. Como podemos observar el precio
del producto depende del uso de una buena máquina de despulpado, una que no
genere tantos defectos reduciendo la calidad del café y las ganancias del caficultor.
5. OBJETIVOS
5.1. Objetivo general
Diseñar una máquina y fabricar el prototipo, para la quiebra y separación de las almendras de
cacao. Siguiendo la metodología de la Norma VDI 2221 y mediante una tecnología apropiada
para el Nivel Tecnológico actual del productor peruano y que sea económicamente accesible.
5.2. Objetivos específicos

Utilizar el método de diseño propuesto por la Norma Alemana VDI 2221 (1986), con la
finalidad de obtener un diseño óptimo y apropiado.

El Prototipo deberá despulpar 187.5 Kg/h, rendimiento que se estima suficiente para
la producción de un agricultor con un mínimo de dos hectáreas.

Elaborar la Lista de Exigencias para la máquina en base a la comprensión de la
Solicitud y los requerimientos técnicos necesarios.

Utilizar un Software de Diseño Mecánico, de preferencia Solidworks para el
modelamiento de las piezas y la simulación del ensamblaje.

El prototipo deberá ser ergonómico, portátil y de fácil mantenimiento preventivo.

El Presupuesto aproximado para la fabricación de Prototipo no deberá superar los S/.
4 000,00. De manera tal que resulte accesible a un agricultor cafetero promedio.
6. LISTA DE EXIGENCIAS
Tabla 1:
Lista de exigencias
LISTA DE EXIGENCIAS
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO
RUIZ GALLO
PÁGINA:
CLIENTE:
FACULTAD DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
FECHA:
PROYECTO:
MÁQUINA DESPULPADORA DE
CAFE
AUTOR:
N°
1
2
3
4
FECHA
(CAMBIOS)
D
Ó
E
E
DESCRIPCION
FUNCION PRINCIPAL:
- Realizar la quiebra y extracción de
las almendras del café.
- Extraer 187.5 Kg/h, de cerezos de
café.
CINEMATICA:
Movimiento rotatorio constante, será la
adecuada para no afectar la estructura
D del café y su calidad según la norma
técnica NTP 209.310:2019
E
E
5
E
6
E
ENERGIA:
Accionamiento eléctrico o manual.
FUERZAS:
La máquina debe ser lo
suficientemente rígida como para
mantener su estabilidad durante la
operación del despulpado.
MATERIA:
Café
RESPONSABLE
LISTA DE EXIGENCIAS
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO
RUIZ GALLO
PÁGINA:
CLIENTE:
FACULTAD DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
FECHA:
PROYECTO:
MÁQUINA DESPULPADORA DE
CAFE
AUTOR:
7
8
E
E
SEGURIDAD:
- El dispositivo debe contar con los
elementos necesarios para garantizar
y salvaguardar la seguridad del
operador.
- Así mismo la máquina debe contar
con señalización de seguridad.
ERGONOMIA:
- Trabajarán un operador y un
ayudante es decir dos personas.
- Será una máquina especialmente
diseñada para que su manejo sea
agradable.
FABRICACION:
Será fabricado en talleres que cuenten
con la implementación necesaria y se
utilizará piezas e implementos
normalizados para
facilitar su mantenimiento.
ENSAMBLAJE:
El montaje y desmontaje se realizará
con herramientas manuales y
sencillas.
9
E
10
USO:
Los componentes deberán tener una
D alta resistencia a la oxidación y la
corrosión debido al contacto directo
con el café.
11
E
MANTENIMIENTO:
Se le podrá dar mantenimiento con
equipamiento básico.
LISTA DE EXIGENCIAS
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO
RUIZ GALLO
PÁGINA:
CLIENTE:
FACULTAD DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
FECHA:
PROYECTO:
MÁQUINA DESPULPADORA DE
CAFE
AUTOR:
12
13
14
15
Fuente: Elaboración propia
D
E
GEOMETRIA:
Será diseñada de tal manera que sus
dimensiones serán de acuerdo a las
manejables por un peruano promedio.
TRANSPORTE:
Será desmontable para ser fácilmente
transportada al lugar de trabajo.
COSTO:
El Presupuesto aproximado para la
D fabricación de Prototipo no deberá
superar los S/. 4 000,00.
E
CONTROL:
Será de control manual o eléctrico.
7. ESTRUCTURA DE FUNCIONES
7.1. CAJA NEGRA
Figura 4: Caja negra
Fuente: Elaboración propia
Entradas
- Materia : Granos de café.
- Energía : Proveniente de una fuente eléctrica o manual
- Señal : Para iniciar la máquina.
Salidas
- Materia : Cáscara café y cerezos de café.
- Energía : Energía cinética, calor, vibraciones, ruido y desgaste.
- Señal : Controlar el correcto funcionamiento.
7.2. PROCESOS TECNICOS
Se han reconocido los siguientes 5 procesos básicos.

Almacenar granos de café.

Secar y acondicionar los frutos para el despulpado.

Realizar el despulpado.

Separar las cáscaras de los granos de los cerezos de café.

Recoger los cerezos de café despulpados y almacenarlos.
7.3. ESTRUCTURA DE FUNCIONES GENERALES
Diagrama de flujo del procesamiento del café
Descripción del proceso de café por vía húmeda.
 Vía Húmeda (A este café se le llama lavado o fermentado)

Se recolectan las cerezas

El grano es remojado para que se hinche y luego quitarle impurezas.
 Selección y limpieza: el café es procesado el mismo día de su recolección, previo a
ser remojado y no se deja expuesto al eso el café en este proceso.
 Despulpado: el proceso debe realizar antes de las 6 horas de recolección de la
cereza ya al tardarse más tiempo el producto puede afectarse, la despulpadora debe
cumplir los requerimientos necesarios para la producción diaria a despulpar. Esta
máquina debe limpiarse, calibrarse cada vez que se utilice además debe tener un
mantenimiento de acuerdo al establecido por el fabricante. La pulpa seca se la puede
emplear como abono para las posteriores siembras.
 Fermentación: este proceso se coloca el café despulpado en tanque de agua, con el
fin de quitar la textura rugosa del café para luego proceder al secado.
 Lavado: el producto fermentado se lava con esto se consigue que el producto dure
mucho más tiempo.
 Secado: este proceso se lo puede realizar de forma manual o con una máquina. El
café obtendrá un color verde oliva dentro de 4 ó 5 días del proceso, con este proceso
se realiza el café soluble.
 Almacenamiento: se almacena el café en sacos limpios, hasta obtener el peso ideal
por saco para su posterior exportación.
Figura 5: Funciones generales
Fuente: Elaboración propia
Figura 6: Estructura de funciones
Fuente: Elaboración propia
7.4. MATRIZ MORFOLÓGICA
Tabla 2:
Matriz morfológica
Concepto 5
Concepto 1
Concepto 2
Concepto 3
Fuente: Elaboración propia
Concepto 4
Concepto de solución 1
Bicicleta
Tolva
Ciclindro
Con puas
Movimiento
vibratorio
Tornillo
Sin fin
Gravedad
Cajas de
madera
Faja
transportadora
Gravedad
Sacos
Concepto de solución 2
Manivela
Tolva
Movimiento
vibratorio
Ciclindro
Con puas
Concepto de solución 3
Motor
Gravedad
Tornillo
Sin fin
Cajas de
madera
Zaranda
cilíndrica
Concepto de solución 4
Motor
Gravedad
Faja
transportadora
Zaranda
cilíndrica
Sacos
Concepto de solución 5
Motor
Gravedad
Cajas de
madera
8. EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS PROPUESTAS
Teniendo claras las propuestas planteadas, estas serán sometidas a una evaluación desde el
punto de vista Técnico y económico.
Evaluación económica
Costo admisible de fabricación = 4000 Costo ideal = 0.7 x 4000 = S/2800 Valor económico =
Costo ideal/Precio aproximado
Tabla 3:
Evaluación económica
CS1
CS2
CS3
CS4
CS5
PRECIO
APROXIMADO
2900
3200
3600
3450
3300
VALOR
ECONOMICO
0.97
0.88
0.78
0.81
0.85
Teniendo claras las propuestas planteadas, estas serán sometidas a una evaluación desde el
punto de vista Técnico y económico.
Evaluación Técnica
Para establecer el nivel de importancia de los requerimientos del cliente, se le asignó una
puntuación priorizando los criterios establecidos. De tal forma se obtuvo un valor cuantitativo que
nos facilitó la toma de la decisión más adecuada.
Las categorías y sus ponderaciones son:
Criterio1 (C1): Fabricación sencilla
Criterio2 (C2): Facilidad para el transporte
Criterio3 (C3): Sencillez de operación
Criterio4 (C4): Reduccion de Daños en los granos de Cafe
Criterio5 (C5): Facilidad de mantenimiento
Criterio2 (C6): Bajo nivel de ruido
Los criterios están valorizados entre 1 como mínimos y 10 como máximo.
Valor técnico = suma ponderada/Puntaje máximo
Tabla 4:
Evaluación Técnica
CS 1
CS 2
CS 3
CS 4
CS 5
Peso
Valor
Puntaje
Valor
Puntaje
Valor
Puntaje
Valor
Puntaje
Valor
Puntaje
C1
C2
C3
C4
C5
C6
0.2
8
1.6
8
1.6
7
1.4
7
1.4
8
1.6
0.2
8
1.6
8
1.6
7
1.4
6
1.2
7
1.4
0.15
9
1.35
8
1.2
8
1.2
8
1.2
8
1.2
0.3
7
2.1
7
2.1
9
2.7
9
2.7
8
2.4
0.1
8
0.8
8
0.8
7
0.7
6
0.6
7
0.7
0.05
9
0.45
8
0.4
7
0.35
7
0.35
7
0.35
Suma
Puntaje
ponderada Máximo
1
Valor
Técnico
7.9
10
0.79
7.7
10
0.77
7.75
10
0.775
7.45
10
0.745
7.65
10
0.765
Evaluación de conceptos de solución
Tabla 5:
Evaluación de conceptos de solución
CS1
CS2
CS3
CS4
CS5
VALOR
ECONOMICO
0.79
0.77
0.775
0.745
0.765
VALOR
TECNICO
0.97
0.88
0.78
0.81
0.85
Figura 7: Evaluación de propuestas
Fuente: Elaboración propia
Figura 8: Concepto solución
Fuente: Elaboración propia
9. CONCLUSIONES
 La máquina despulpadora de café seleccionada cumple con la lista de exigencias ya
mencionadas, disminuyendo las pérdidas generadas por daño.
 La máquina tendrá la capacidad de seleccionar el calibre de los granos, esto debido a
que la zaranda o criba permite la evacuación de los granos entregándolos por un el
costado de esta y no permitiendo el paso de los granos de tamaño mayor al de las
perforaciones.
 La despulpadora de café es de fácil montaje y no tendrá que tener un espacio espacial,
siempre y cuando se encuentre cerca a un punto eléctrico.
 La maquina es ideal debido a que es de fácil manejo y de fácil mantenimiento y no
tienen perdida de grano en pulpa, además de contar con bandeja de salida de los
granos, la cascara o pulpa y el rechazo por tamaño.
 En la parte ergonómica, la despulpadora al ser de tamaño robusto, garantiza
estabilidad y se sitúa a la altura apropiada al operario, gracias a esto no daña su
condición física.
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 https://www.cenicafe.org/es/publications/avt0164.pdf
 https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/11772/1/CD-6536.pdf
 https://red.uao.edu.co/bitstream/handle/10614/3482/T0001372.pdf?sequence=1&isAll
owed=y
 https://biblioteca.cenicafe.org/bitstream/10778/58/1/arc050%2801%29078-088.pdf
 https://repository.uamerica.edu.co/bitstream/20.500.11839/469/1/4091126-2016-2IM.pdf
 https://biblioteca.cenicafe.org/bitstream/10778/649/3/avt0058.pdf
4
3
2
1
F
F
E
E
D
D
C
C
B
B
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: ACABADO:
LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM
ACABADO SUPERFICIAL:
TOLERANCIAS:
LINEAL:
ANGULAR:
NOMBRE
FIRMA
FECHA
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
DIBUJ.
VERIF.
A
APROB.
A
FABR.
CALID.
4
MATERIAL:
N.º DE DIBUJO
PESO:
ESCALA:1:20
3
Despulpadora de Café
2
HOJA 1 DE 1
1
A4