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DISEÑO Y CONSTRUCCION
DE FRUTA PARA LA
DE UNA MAQUINA PROCESADORA DE PULPA
OBTENCION DE JUGO A GRAN ESCALA
LUrS EDUARDo tT9*, cód. 843000ROBERTo VASQUEZ, Cód. 843060
etPio 8$!rolrro
13317CALI
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
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BIBLIOTECA
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINA PROCESADORA DE PULPA
DE FRUTA PARA LA OBTENCION DE JUGO A GRAH ESCALA
Trabajo de Grado presentadocomo requisito único paraoptar el títu1o de Inge-niero Meóanico.Director: MARIANO BENAVIDEZ
Ing. Mec.
CALI
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
1991
LUrS EDUARDO tE,gt, Cód. 843000
RoBERTo VASQUEz, Cód. 843060
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+6J,[. 8 | SL srta
Nota de Aceptación
Presidente del
Jurado
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CaIi, Junio 1991
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AGRADECIMIENTOS
A Mr PADRE, quien es e1 reflejo más claro de responsabilidady amor, que Ia vida me pudo brindar.
A Mr MADRE, eu€ nunca desfalleció en su voluntad de edu-cación y ternura, y quien'se merece un éxito como éstos.
A toda mi fanilia en general por ser como es.
A mis amigos y compañeros.
Luis Eduardo
II]-
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AGRADECIMIENTOS
A MI PADRE, quien Lrasmitió todo su amor y respaldo, paraasl poder encarar con firneza todos los momentos de nivida.
A MI MADRE, quien ve1ó que todas nis intenciones estuviesensÍenpre correctas, esperando sienpre que e1 resultadofuese e1 mejor
A los dos por ser el brazo firne de una famil-ia unida yexitosa.
A MI ABUELA Y HERMANOS de quienes siempre recibí e1 apoyomoral y espiritual que necesitaba.
A MI NOVIA con quÍen compartí 1os monentos dÍfíciles yhoy está orgullosa de nuesLro triunfo.
A mis amigos y conpañeros en general.
Ro berto
1V
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A
AGRADECIMIENTOS GENERALES
MARIANO A. BENAVIDEZ, Ingeniero Mecánico, Director delProyecto de Grado, Profesor de 1a universidad Autónomade Occidente y Direcror de1 CDT-ASTIN SENA, Valle.HAROLD BALCAZAR, Técnico especializad,o del CDT-ASTIN.VLADIMIRO I,/ALLIS, Técnico especializado del CDT-ASTINGERARDO CABRERA, rngeniero Mecánico, Profesor de 1a cuAo.ADOLFO LEON GOMEZ, rngeniero Mecánico, profesor de 1a
CUAO.
todos 1os técnicos deI CDT-ASTTN quienes de una u otraforma colaboraron para hacer realidad este proyecto.LA UNIvERSTDAD AUTONOMA DE OccrDENTE, nuy especialmenrepor acogernos durante nuestra carrera universitaria.Lodas 1." personas que integran el Departamento derngeniería Mecánica, en cabeza del rng. Aluaro orozco,los cuales siempre dieron una buena respuesta a una buena
pregunta.
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1. PRODUCCION DE FRUTAS TROPICALES
1.1 BREVE RESEÑA HISTORICA
I.2 CONDICIONES NATURALES
1.3 PRINCIPALES CULTIVOS Y ZONAS DE PRODUCCION
1 .3. 1 Capacidad de producción
I.3.2 Posibilidades de cada fruta
1..4 ASISTENCIA TECNICA INTERNACIONAL
2. CONSIDERACIONBS GENERALES PARA EL DESARROLLOAGROINDUSTRIAL DE FRUTAS
2.L DISPONIBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA
2.2 CANALES DE COMERCIALIZACION
2.3 OBTENCION DE PULPAS DE FRUTAS
2.3.I Aspectos Generales
2.3.2 Condic j.ones de las f rutas para obtener pulpas
2.3.3 Diagrana de flujo para la obtención de pulpas
2.3.4 Procesos para la obtención de pulpas
2.4 USO DE tAS PULPAS DE FRUTAS
páe.
I
4
4
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27
32
49
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3. SOLUCIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES4. ASPECTOS GENERALES DE LA MAQUINA DESPULPADORA
DE FRUTA
4.I ANTECEDENTES DE DISEÑO4.2 IDENTIFICACION DE UNA NECESIDAD4.3 ANALISIS DE APLICACIONES4.4 ASPECTOS FISICOS4.5 CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO4.6 VENTAJAS DE LA MAQUINA DE PALETAS4.6.1 Máxina recuperación de só1idos4.6.2 Fácíl- mantenimiento4.6.3 Versatilidad
4.6.4 Secador de 1íquidos4.6.5 Fácil linpieza4.6.6 Calidad de1 producro4.6.7 No se tapona4.7 ASPECTOS DEL DISEÑO4.7 .1 Paletas rotantes fijas4.7.2 Tamices de larga duración4.7.3 Protección de funcionamiento4.7.4 Diseño del tornÍ1lo4.8 FACTTLIDAD DE FABRICACION5. SELECCION DE LA TRANSMISION DE POTENCIA5.1 CALCULO DE LA POTENCIA TOTAT REQUERIDA EN EL
MOTOR
5.2 CALCULO DEL TORQUE MAXTMO EN EL MOTOR
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s6
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5.3 CALCULO DE LA FUERZA MAXIMA DADA POR Et MOTOR5.4 INFORMACION GENERAL5.4.1 Introducción5.4.2 Especificaciones técnicas5.4.3 Descripción de operación5.4.4 Diagrana E1éctrico5.4.5 Guías de aplicación Speedstar/notor5.4.6 Principios de operación de notores A.C.5.4.7 Comportamiento de las cargas5.4.8 Consideraciones para 1a aplicación6. CAI,CULO DE LA ENERGIA CINETICA REQUERIDA7. CALCULO DE LA POTENCIA DE ARRANQUE8. DISEÑO Y CALCULO DEL EJE DE TRANSMISION8.1 CALCULO DE REACCIONES8.2 DIAGRAMAS DE FUERZAS Y MOMENTOS FLECTORES8.3 DIAGRAMAS DE MOMENTOS TORSORES8.4 CALCULO SEGUN CODIGO ASME8.5 DISEÑO POR FATIGA8.6 CALCULO DE LA DEFLEXION EN EL EJE8.7 VERIFICACION POR VELOCIDADES CRITICAS8.8 VERIFICACION POR RIGIDEZ TORSIONAL8.9 VERIFICACION FATIGA DE LA SOTDADURA9. DISEÑO Y CALCULO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS9.1 DIMENSIONAMIENTO DEL TORNILLO DE ARRASTRE9.2 CALCUTO Y SELECCION DE RODAMIENTOS
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78
79
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9.3 CALCULO Y SELECCION DEL ACOPLE ELASTICO9.4 CATCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE CHAVETAS9.5 VERIFICACION DE RIGIDEZ DE LA PALETA
DESPUTPADORA
9.6 DISEÑO DEL ROTOR
9.7 DISEÑO DE LA CARCAZA
9.7 .1 Diseño de 1a tolva de alinentación9.7 .2 Diseño de la carcaza de arrastre9.7 .3 Diseño de 1a cánara de despulpado9.7 .4 Diseño de la cámara de desalojo9.8 DISEÑO DEL TAMIZ
9.9 CONTROL DE VIBRACION Y RUIDO10. LABORATORIO PARA LA OBTENCION DE PULPA10.1 SELECCION Y ADECUACION DE FRUTAS PARA LA
OBTENCION DE PULPAS
10.1.1 0bjetivos
LO.L.2 Teorla10. 1.3 Materiales y equipoTO.2 CRITERIOS DE SELECCION10.3 PROCEDIMIENTO10.4 CONDICIONES DE FRUTA A DESPULPAR10.5 OBSERVACIONES MECANICAS Y DE FUNCIONAMIENTO11. CONCLUSIONESBIBLIOGRAFIA
ANEXOS
L32
L34
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CUADRO 1
CUADRO
CUADRO
CUADRO
CUADRO
CUADRO 6
CUADRO 7
CUADRO 8
Resultados de lospulpa de naracuyáambiente
Torques y fuerzas
LISTA DE CUADROS
análisÍs practicados aalnacenada a tenperatura
según RPM
Años de funcionamiento y participaciónen eI mercado de transfornación de fru-tales
Frutales año 1989
Zonas con nayores ventajas comparativaspara 1a producción de frutales en ColonbÍa 15
Frutas de mayor consumo como pulpas 25
Etapas comunes en la fabricación de pul-pas de frutas y su función en la conser-vación de las mismas
Resultados de 1os análisis practicadosa pulpa de mango almacenada a tempgraturaamb ien t e
6
10
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51
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30
50
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LISTA DE GRAFICAS
Producción estimada y épocas de cosechade frutales por regiones
Comercialización de frutas. Canal tra-dicional
Comercialización de frutas. Canal no-d erno
Relación Brix / Actdez de 1as pulpas
Diagrama de flujo de 1as operacionesgenerale s
Rendinientos en la obtención de pulpas
páe.
GRAFICA 1
GRAFICA 2
GRAFICA 3
GRAFICA
GRAFICA
GRAFICA 6
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4
5
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RESUMEN
Este proyecto se basa especificanente en brindar una so-
lución al problema del procesamiento de frutas tropicales.
Se buscará generalizar dicho proceso mediante una náquina
que trabaje con variaciones de velocidad.
Se compone de 1os siguientes sistemas:
Sistema de alinentación
Sistena de despulpado (separación sólido-líquido)
Sistema de salida de bagazo y pulpa por separado
Sistema de variación de velocidad
como conclusión tenemos que utilizando esta náquina podenos
lograr implementar ot,ros medios de mercadear 1as frutas
tropicales cultivadas en nuestra región.
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INTRODUCCION
Las condiciones clináticas necesarias para el adecuado de-sarrollo de los frutales en colornbia, tales como tenperatura,precipitación y hunedad ambiental, se presentan dentro deuna amplia gama de posibilidades de acuerdo con 1as carac-terísticas particulares de cada una de 1as zonas naturares,1a localización geográfÍca y ra topografla nontañosa de1país, 1as cuales generan una gran variedad de clinas y mi.cro-clinas ideales para er cultivo de frutas tropicares y sub-tropicales.
Los estinativos disponibles1a producción nacional defué de I .340.000 roneladasun consumo percápita de 42reconendaci6n de consumo de91 .0 ke/hAt/ año.
indican que en el año 1999,frutas para e1 consuno internoaproximadamente, 1o cual darla.9 kg/trU t/ año, mientras que la
fruta básica de1 ICBFr €s de
ciertanente e1 desarrollo de1 subsector frutlcola colonbÍanoha sido precarior p€ro afoitunadanenter €D ros {rltinos añosha tenido un creciente lnterés por parte de enpresari.os
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agrícolas, estudiantes, profesionales,futuro pronisorio en su producción.
etc. , que ven un
En general, 1a producción proviene de cultivos tradicionales,aunque recientemente están apareciendo explotaciones comer-ciales de piña, vid, maracuyá, mango, cítrj_cos y mora prin-cipalnente en las regiones nás productoras tales cono vallede1 cauca, Tolima, Costa Atlántica, Cundinanarca y santander.
Los recursos presupuestales de1 Estado canalizados a travésde1 rcA y las universidades para el desarrollo tecnológicoy fomento de la producción de frut,as ¡ BS escaaa y no haestado enmarcada dentro de un plan de integraci6n de es-fuerzos, anomalla que debe aer corregida con 1as nuevaapo1íticas frutícolas enmarcadas del MTNTSTERIo DE AGRIcut-TURA, apoyada por LA coMrsroN NACTONAL ASEsORA DE FRUTr-CULTURA, de reciente creación subsanándose las fal1as en1a producción frutícola de1 país, logremos aprovechar lascondiciones naturales realmente excepcionales que tieneel paísr ¿tsí cono desarrollar una fuente de alinento ricaen nutrient,es, adenás del incremento laboral en el campo.
El sistema de conercialización predoninante en e1 subsectorfrutíco1a, €s e1 típico de 1a agricultura tradÍclona1, carac-terizado por e1 excesivo núnero de intermediarios, e1 bajo
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3
nivel de desarrolro (artesanal) de 1ae funciones del mer_cadeo, carencia de infraestructura física, altos nárgenesde intermediación, etc., todo 1o cual trae como consecuenciaque e1 si'stema opere a la nanera de un reaorte que acumulariesgos e ineficiencias, bajando de un lado 1os preciosrecibidos por e1 productor y del otro subiendo 1os pagadospor e1 consumidor. Asr nisno 1as expectativas crecientesde1 conercio internacional de frutas tropicales frescaso procesadas, son poco aprovechadas pues 1a calidad de laproducción nacional está orientada fundamentalnente a1 mer_cado interno y solo recientemente se están desarrollandocultivos para e1 mercado externo, €1 cual es exÍgente encalidad y regularidad en 1os suministros.
Basándonos en 1os anteri.ores planteamientos, decidinos tonarparte integral r €D encontrar una solución que satisfaga1as necesidades que tiene e1 mercado interno y externo defrutas tropicales en eL pars. Nuestro proyecto de gradoestá orientado a1 nejoramiento der proceso de obtenciónde
.pulpas de frutas, con ro cual diseñarenos y construiremos
un prototipo de máquina despurpadora de fruta con sús prin_cipios básicos de funcionaniento. Adenáe adiclonanos varia_ciones en ra velocidad de trabajo, creando asl una opciónpara optinÍzar los rendinientos y resultados de producción.
-
PRODUCCION DE FRUTAS TROPICALES
1.1 BREVE RESEÑA HISTORICA
La industria de procesamiento de frutas r s€ inició en elpaís a nediados de los años 20, cuando RESPTN establecióen Medellln la primera factoría hacia 1926. Esta empresainició 1a producción de condinentos y alimentos envasadosque se distribuían en toda la zona cafetera de occidente,cundinanarca, Bollvar, Magdalena, santander, Tolina y cauca.
Posteriornente en 1944 se fundó rNpA y en lg4g FRUCO; yen 1a década siguiente aparecieron en e1 lrrercado empresasCOMO FRUGAT (1950), LA CONSTANCIA (1950), SAN JORGE (1950)y CALTFORNTA (1956), las cuales han persistido en su enpeñode producir y ofrecer ar consumidor colombiano una ampliavariedad de productos, pese a 1as vicisitudes que han debidoafrontar en los últinos 30 años. La industria tuvo asl suinpulso inicial en la post-guerra y só1o en la década deL97o, después de 25 años de desarrollo, nuevos enpresariosse aventuraron a competir con 1as empresas establecldaev fué así como aparecieron DOñA PAULA (1970), MrGNotf (1976),
1.
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COLJUGOS, COLCTTRICOS,
FRUTERVA.
LA COLINA, EL TROPICO, TUTTI-FRUTI,
En la industria predomina 1a sociedad linitada, seguidapor Ia anónina, pero exist,e la tendencia a que esta últimase consoride desde e1 punto de vista de los volúmenes deproduccÍón.
En la actualidad existen unas 35 empresas organizadas,de tamaños pequeño, mediano y grande; también se contabi-lizan por 1o menos otros 20 establecinientos de caráctermás artesanal que empresarial, y cerca de zlo pequeñasfábrÍcas que elaboran bocadillo de guayaba. Además existenvarj-os proyectos e ideas para e1 establecinÍento de indus-trias procesadoras de frutas y verduras, indicando cone11o que e1 sector t,iene posibilidades de l1egar a conso-lidar un ramo industrial alinentario de mucha inportanciaen el país.
La casi totalidad de la industria se ha ido (esarrolrandolentamente, ampliando sus instalaciones a medida que hacrecido e1 mercado. Por esta ,taz6n, trabajan con linitaciónde naquÍ.narÍa y equipos.
En el Cuadro podenos observar que en 1os últinos 5 años
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han surgido industrias de
tienen significación dent,ro
del- volunen de frutas que
procesan 7 industrias, todas
namiento.
Lransformación de frutales quede1 nercado nacional. El 752son procesadas anualmente, 1ocon más de 35 años de funcio-
T.2 CONDICIONES NATURALES
a
La localización geográfi-ca y la topografía montañosa hacende colombia un país excepcional para el cultlvo de frutastropicales y algunos subtropicales
En ef ecto, l-as condiciones cI-ináticas tales cono tempe-ratura r precipitación y hunedad anbiental se presentanprodÍgamente y dentro de una anplia gama de posibilidades,debido a 1os clinas y microclinas que se forman a 1o largode Ia geografía nacional, la cuar pernÍte pasar de1 ni.veldel nar a 1as nieves perpetuas, con fornaciones internediascomo los va11es interandinos.
concretamente, el país presenta cuatro grandes zonas rela-tivanente honogéneas como son la Región AndÍna, 1a costaAt1ántica, el Litoral paclfico y los Llanos 0rientares.cada una de estas zonas tiene características peculÍaresde tenperatura, lluvias y humedad ambiental que condicionan
-
I
e1 desarrollo de cultivos en forna exelusiva cono sucedepor ejemplo con 1a nora, 1a curuba y otras especies quesolamente se desarrollan en la zor.a Andina a deterninadaaltura sobre el nivel del mar.
De otra parte las cuatro zonas nencionadas presentan con-
diciones comunes a nivel de nicrorregiones, eu€ vistas
en conjunto, le permiten al pals disponer a través de todo
el año de frutas tales como el- mango, €1 aguacate, la gua-yaba, la papaya, €1 banano y los cltricos entre otros.
1 .3 PRINCIPALES CULTIVOS Y ZONAS DE PRODUCCION
No obstante que ser.ía posible relacionar un gran núnerode frutas r podemos nombrar aquerlos cultivos que presentan
una mayor inportancia económica a nivel del nercado internoy con expectativas en el comercio internacional a corto,nediano y largo plazo. En la Gráfica podenos observar1os períodos de1 año en que se presentan l-as cosechas prin-cipales de fruta en las regiones colombianas.
El Cuadro 2 nos dá una idea de cual es el rendimiento enruta por cada hectárea cosechada, con 1o1as expectativas concernientes a 1a pro-en eI país.
kilogranos de fcual inpulsanosducción de fruta
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GRAFICA 1
PRODUCCION ESTIMADA Y EPOCAS DE COSECHA DE
FRUTATES POR REGIONES
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PIÑA I LEBRIJA SANT.3s.000 T0N/Añ0 *
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COSTA ATLANT.
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6s.000 T0N/Añ0 *
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28.000 T0N/Añ0 *
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11
1.3.1 Capacidad de Producción. La capacidad de la industria
está linltada a 1os actuales volúmenes de frutas, nanejados
coR un índice de crecimiento del f0Z anual, por 1as si-
guientes razones:
I .3.1 .1 A nivel- de nediana
mica que li.nita la conprapara mantener Í-nventarios
e impide nodernización de la
industria; su capacidad econó-
de materias primas y envases
durante épocas de N0 COSECHA
planta y equipos.
7.3.L.2 Para 1a empresa grande,
nerciales tecnificados que Iesmateria prina seleccionada conen e1 nercado internacional y 1anacional por dos razonea:
L .3.2 Posibil-idades de cada
Colonbia 1a población tona jugo
y 1os tonamos puros o con agua
Tal vez se prefiere e1 jugo de
la falta de cultivos co-permita disponer de una1a cual podrlan penetrar
linitación en el nercado
fruta. Basándonos que endos o tres veces al día
o 1oe sorbetes con leche.naranja a1 desayuno pero
La nayorla de la fruta se consume en estado fresco.Los sustitutos que se han desarrollado para jugos y
néctares y que son productos a base de aromas y saboresartificiales que se pueden vender a un precio más barato.
-
T2
en las otras comidas nos gusta la variedad.
En tr-as f incas no saben
dentro. Hay que propagar
por dentro, resietente
Lividad. El alto costo
en 1a oferta. Desde hace
de procesar.
L .3 .2 .3 Mora. El jugo de mora
al- procesamiento. En 1a feria de
su intenso color atrajo nucho a
europeos.
si su lulo es verde o anarÍllo por
una variedad de lulo que sea verde
a 1os nemátodos y de alta produc-
de la fruta se regula con aumento
cinco años es la fruta nás costoaa
L.3.2.I Mango. El nango sobre todo el de la variedad A1-
fonso, de 1a India tiene un nercado relativanente anplio.
El sabor de ese mango indú es más intenso que nuestro mango
común. Los r"ogo" de las variedades mejoradas no sirven
para pulpas.
I.3.2.2 Maracuyá. El naracuyá tiene mucha denanda y Co-lombia es un país muy ef iciente para producirl-o. Mj-entrasse logre estinular la denanda no debe preocuparnos unasobreproducción mundial r p€ro hoy hay sobreoferta y losprecios están muy deprinidos.
es versáti1, resistente1a semana verde en Berlln1os j óvenes co.nsunidores
-
13
I.3.2.4 Naranja. Se cree que por 1a duracj.ón de 1a ilumi-
nación solar, CoLonbia no puede ser un productor eficiente
de jugo de naranja. Si se observa un mapa del nundo 1os
nayores produetores de naranJa en e1 mundo son Brazil y
La Florida, zonas productoras que están en el Trópico de
Cáncer y el Trópico de Capricornio. Pero este jugo es e1
que nás se consume en Colonbia y en el mundo..
L.3.2.5 Piña. La pulpa o jugo
de la produccién de rodajas que
producir piñas para sacar jugo.
de piña es un subproducto
hace que no sea rentable
L .3 .2.6 Curuba. Por el- momento el f uturo de esta f rutano es nuy promisorio en e1 exterior, ya que su sabor esnuy débi1, 1a pulpa no rinde y para nejorar au sabor sedebe preparar con leche.
1.3.5.7 Guanabana. Es un producto que toma cada vez mayorfuerza en el mercado nacional. La industrfa se abastecede guanabana de Venezuela. Hay problenas de productividad,perforadores, antracnosis y caida de fruta. Después deljugo de naran ja es el- nás apetecido del pals. En oct,ubrede f989 se fundó la Asociación Colonbiana de Cultivadoreade Guanabana con 40 socios. según la asociación hay 400hectáreas senbradas en e1 país. El rcA tiene reportadas
-
T4
625 hecLáreas.
1.3.2.8 Guayaba. Esta fruta ha sido desplazada parclalmente
de los prineros lugares de gestación en la población nacio-
na1, pero se sabe su bajo costo de producción y e1 apro-
vechaniento total de la fruta al ser procesada. En este
momento no es aconsejable procesarla para au exportación,
ya que su precio es bajo.
I.3.2.9 Lulo. Después del naracuyá es la fruta nás pro-
nisoria para el- nercado internacional-. Su sabor es nuy
apreciado por l-os extranjeros y su color verde es realmente
exótico en e1 mercado.
Tomando en cuenta 1as anteriores recomendaciones sobre
las posibilidades de cada fruta, €1 ICA dá a conocer un
estudio de las zonas con mayores ventajas co¡nparativaspara 1a producción de frutales, e1 cual podenos observar
en eI Cuadro 3.
El consutro de pu1-pas y jugos en Colombia ha crecido nuchoen los últinos 10 años pero sigue siendo un mercado pequeño
conparado con 1a producción naclonal de frutas.
En Venezuela e1 consuno percápfta de jugos es 3 o 4 veces
-
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L6
mayor que en colonbia. En venezuela Ia industria de jugoses conparable a la de los yogures en Colombia.
cada año 1ss supermercados le han dedicado nás espacioa los jugos y pulpas en sus alnacenes.
El grenio de frutas en colombia es un sector que aún tienepotencial de crecimiento en e1 país pero es seguro quesu tanaño aún genera pocas utilidades.
Dentro de una perspectiva de largo pLazo, 1a inversiónrequerida para el cultivo de 1as frutas es comparativanentenayor con respecto a 10s denás cultivos comerciales, 10nismo que el perfil de rentabilidad bruta; pero para queesta circunstancia aparentenent,e favorable opere como pa-lanca de desarrollo del subsector frutíco1a, se requJ_eredisminuir e1 riesgo e incertidunbre en eI nercado y en1os precios recibidos por e1 productor.
varias son 1as instituci.ones y organisnos del estado ydel sector privado dedicados al fomento del cultivo de1os frutales r p€ro e1 conjunto de acciones adelantadasno respondían a un plan general que a nanera de marco orlen_tador integren y coordinen esfuerzos. Hoy se está subsanandoesto con planes de fomenLo que obedecen a po1íticas oficia_
-
IL7
les, caso del plan frutícola de la Costa Atlántica.
La promoción de proyecLos
presas de comercialización
fundamentales dentro de 1
fonento.
Un gran fonento frutícola
adelante con la creaci6n de
todo 1o relacionado con el
ticola, tal como ha sucedido
integrales y 1a creación de en-
consti.tuyen aspectos igualmente
a estructuración de un Plan de
de Colonbia se podría 1levar
un ente nacional, 9ü€ atienda
desarrollo del- subsector fru-
con otros cultivos.
L.4 ASISTENCIA TECNICA INTERNACIONAL
En el pasado el país a eontado con el apoyo de l-os gobiernos
de Francia, Estados Unidos, Israel, Holanda e Italia entre
otros, en trabajos de diagnósticos, estudios de prefacti-
bilidad y planes específicos de fonento en frutales. Dado
que la fruticultura colonbiana presenta grandes vacios
en áreas como investigación genética, adaptación de varie-
dades, manejo de cul-tivos, control de plagas, prácticas
de postcosecha Lales como conservación, transporte de fru-
tas, enpaques y distribución e1 gobierno debe orientar
hacia estos campos específicos 1as ofertas que tradicional-
mente 1e hacen a1 país para e1 fomento y desarrollo del-
-
18
sector frutícola. En igual sentido deben tenerse en cuenta
l-as posibilidades que ofrecen 1os organisnos internacio-
nales como FAo, IICA, JUNAC y ALADI, entre otros, gu€ dis-
ponen de recursos financieros y de progranas de apoyo espe-
cífico a subsectores fundanentales para 1a alj'nentación
y desarrollo, cono es e1 frutícola'
-
19
CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DESARROLLO
AGROINDUSTRIAL DE FRUTAS
Las frutas como productos perecederos, son tenas de perma-
nente investigación, con fi.nes de prolongar su calidady su aceptabilidad por tienpos prudenciales que aÉ¡eguransu comercialización. Para alcanzar estos propósitos sedebe Lener en cuenta una serie de factores cotro 1os devariedades, ecológicos, agronómicos, de nanejo, de enpaquesde transporte, 1os sistemas de almacenamiento y los canalesde distribución.
2.I DISPONIBIIDAD DE LA MATERIA PRIMA
Los conceptos sobre disponibilidad de nateria prina varían
radicalmente de acuerdo con e1 tipo de i_ndustria.
Las industrias pequeña.s que dependen de una sola 1íneade producción sienten con nás intensidad l-a estacionalidadde las cosechas y tienen que soneterse a 1a fluctuaciónde los precios.
U¡i¡rsidod {utonomo doDcpm Rihtijrffo
2.
0fci&nh
-
20
Las industrias medianas con varias 1íneas de producción
organizan su prograna de tal manera que sienpre puedan
aprovechar 1as épocas de cosecha y por conveniencia no
compran materia prina en época de NO cosecha.
Muy diferente es el caso de la industria que procesa más
de 1 .500 toneladas/año de fruta que tiene necesidad de
tecnificar 1os cultivos, de prestar asistencia técnica
y de dar crédito a 1os cultivadores para fomentar los cul-
tivos y hacer contratos para asegurar 1a cosecha.
2.2 CANALES DE COMERCIALIZACION
En general existen dos grandes sistemas o canales para
1a distribución conercial de frutas. EI predoninante es
e1 denoninado tradicional, €1 cual se caracteri.za por 1a
presencia de un excesivo número de internediarios, baJos
niveles de inversión en infraestructura de apoyo (almace-
namiento, empaques, transporte y esfuerzos), desconociniento
de 1as condiciones del nercado, etc.
siguiente podría ser un diagrana de flujo de1 canal
comerci-alizaclón tradicional.
E1
de
-
2t
GRAFICO 2
COMERCIALIZACION DE FRUTAS. CANAT TRADICIONAT
PRODUCTORES
-ACOPIADORES RURALES-MAYORISTAS RURALBS
MAYORISTASMERCADOS-TERMINALES
TIENDASDETALLISTAS
PLAZAS PUBLICASDETALLISTAS
SUPERMERCADOS YCADENAS COOPER.
CONSUMIDORES
-
22
La principal consecuencia de 1o anteriornente descritoson los bajos precios recibidos por 1os productores y 1osal-tos precios pagados por 1os consunidores, situación i.rre-mediable mientras exista dicho sistema de distribución,el cual opera a manera de un resorte que acunula riesgose ineficiencias, bajando de un lado 1os precios recibidospor el productor y de1 otro subiendo los pagados por . e1consumidor. En consecuencia, e1 efecto final en ambos sen-tidos, dependerá del número de eslabones de ra cadena.
otro canal de comercialización es e1 llanado MODERNO.Gráfico 3 puede representar este sistema.
GRAFICO 3
COMERCIALIZACION DE FRUTAS. CANAL I,íODERNO
E1
E1
PRODUCTORES
SUPERMERCADOS Y
CADENAS COOPERATIVAS
CONSUMIDORES
-
23
Cono puede
método, yd
nhmero de
fina1.
observarse esque los preciosinternediarios,
más recomendable utilizar eatede venta se efectúan entre Eenor1o cua1. favorece a1 consunidor
2.3 OBTENCION DE PULPAS DE FRUTAS
cuando se piensa en e1 procesamiento de un producto alinen-tÍcio debenos de tener en cuenta 1a siguiente premisa:ttcualqui-er proceso trata de nantener 1as caracterlsticasdel producto inicial pero no 1as nejora; si parti.mos demateria prima buena el producLo final será bueno, si 1amateria prima es mala el producto final es nalott.
2.3.1 Aspectos Generales. Lasse denomina PULPAT €n cuantomateriales vivos y sus paredesdinámico con el citoplasna.
frutas, cuya parte comestiblepermaaecen en el árbo1 son
celulares están en equilibrio
En e1 monento en el que son cosechadas continúan vivasrealizando diferentes procesos de maduración r €' 1os quese 11evan a cabo reacciones de degradación y síntesis.Entre los procesos de degradación se encuentran e1 canbiode coloración exterior principalmente por destrucción declorofila; ablandaniento por canbios en las sustanciaspécticas ; variación del sabor por oxidaciones, cambios
-
24
en 1a composición de acidos, alnidones y azficares. Entre
1os procesos de síntesis está 1a producción de pignentos,
aromas, lignÍna y etileno; adenás la interconversión de
azúcares y proteinas.
La naturaleza, características, conposición y conportanientode 1as pulpas de frutas está direcLamente relacionado con1a especie (guanabanar lulo, etc.) y cultivar o variedad(guayaba variedad rosada o blanca), de donde se ha extraido( parte que se halla innediatamenre debaJo de 1a piel) ,er estado de nadurez (verde, pintón y nadura) y condicionesambientales que rodearon la fruta durante su desarroLlo(época 1luviosa, alta tenperatura).
Las frutas de nayor consumo para la producción semi-indus-trial de pulpas son las que se presentan en el cuadro 4.
Las senÍllas están rodeadas por la pulpa, eü€ por ro generales un tejido rratractivorf para 1os futuros consumidores.Estos son internediarios entre 1a pLanta y el nuevo sitiodonde caerá rrdepositadatt 1a senilla r para posiblenentedesarrollarse y convertirse en una nueva planta que nan-tendrá viva 1a especie.
purpa es atractiva por los nutrientes, colores, aromassabores agradables y convenientes para loe consunidores.
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26
Este nanjar es e1 pago que ofrece 1a naturaleza al inter_nediario que toma, linpia, transporta y sienbra La senillaque contiene la información genética de la eepecie.
Las pulpas de frutas ae caracter íza¡ por poseer una anpliagarna de compuestos qulnicos diferentes y presentan inpor-tantes variaciones en su conposición y estructura.
Er agua es el componente nás abundante de 1as frutaspuede oecilar aproxinadamente enLre un g5z y un 602.
E1 contenido en agua de 1o tejidos de una fruta alcanzaun valor náximo al disponer de hunedad de manera Ílinitada,1o que produce una turgencÍa total de sus células. Estaturgencia se ve afect.ada en 1as frutas que aún pernanecenen la planta r por la absorción de sus raices y 1a cantidadde transpiración a través de las hojas.
una vez cosechada la fruta puede perder agua y con eI1opeso, si es colocada en un anbiente seco. Esta pérdidadependerá tanbién de 1as características de 1a superficiede las frutas.
Los otros componentes
En nenor cantidad se
de 1as frutas son 1oshal1an las proteinas,
carbohidratos.
graaas, sus-
-
27
tancias orgánicas y los ninerales. Muchos de 1os conpuestoemÍnoritarios pueden jugar un papel de náxima. importanciasobre 1as propiedades de las frutas, cono color, sabor,aroma, textura, y valor nutritivo. En las f rutas l-os azít-cares, junto con otros compuestos solubles en agua constl-tuyen 1os só1idos solubles que son det.erninados po.r elrefractómetro, expresados en porcentaje y se denominanGRADOS BRIX.
2.3.2 Condiciones de 1as frutas para obtener pulpas. Laspulpas deben ser obLenidas a partir de frutas sanas r trE-duras, limpias, exentas de materia terrosa, de parásitos,residuos quínicos tóxicos y desechos aninales o vegetales.Las frutas que han alcanzado un grado de nadurez avanzadosin 11egar a1 deterioror S€ caracterizan por e1 desarrollode un aroma, color y sabor característico, adenás de unatextura firme con ligero inicio de ablandaniento, eü€ per-mite obtener una pulpa de alta calidad.
2.3.3 Diagrama de flujo para 1a obtención de pulpas. ver grá-fico 5.
Podemos anotar tanbién que 1os nétodos nás usuales para
conservar las pulpas de frutas tropicales, aon:
La congelac j.ón, congelación, deshi-trataniento térnico
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29
GRAFICO 5
DIAGRAMA DE FLUJO DE tAS OPERACIONES GENERALES
**** ADECUACIoN ****
RECEPCION DE LA MATERIA PRIMA-i-AVADO, DESINFECCION Y ENJUAGUE
SELECCTON, CLASIFICACION Y ALMACENADO
**** SEPARACION ****
P-ELADO, C0RTE, EXTRACCION, MOLIDODESPULPADO, REFINADO, DESAIREADO
**** C0NSERVACION ****
1. ENVASADO, CERRADO, CONGELADO2. PASTERIZADO, ENVASADO, CERRADO,ENFRIADO
3. ADICION CONSERVANTE, ENVASADO,CERRADO
4. ESTERILIZAD1, ENFRIADo, ENVASADO,CERRADO Y ALMACENADO
Unir¡sirhd Áuhnomo dc 0ddü"t
-
30
CUADRO 5
ETAPAS COMUNES EN LA FABRICACION DE PULPAS DE FRUTAS Y SUFUNCION EN LA CONSERVACION DE LAS MISMAS
ETAPA
FACTORES DE DETERI0Ro QUECONTROLA EL PROCESO
ENZIMAS POR MICROORGAN.INACTIVAC. POR DISI'TIN.
OBJETIVO
Pesado, recep-ción de la fruta
Selección
Lavado
Desinfección
Enjuague
Preparación
Determinar la calidadY Prográmar las activi-dades deI proceso.
Eliminar unidades daña-da_s, verdes, sobremadu-ras o inadecuadaspara e1 proceso.
Remover la nugre super-ficial y materialextraño cono hojas,tallos, etc.
Reducir el núnero de mi-croorganismos de la su-perficie de la frutanediante 1a acción ger-nicida de los desinfec-Lantes.
Elininar el exceso dedesinfectante de la su-perficie de la fruta.
Renover manualnente par -tes indeseables como nan-chas, partes verdes ,partes dañadas, piel, etc.
Ayudar a fijar color, r€-mover aromas, sabores i_n-deseables, ablandar 1a fru-ta y expeler eI aire inclui-do extracelularmente.
Escaldado
-
31
Despulpado Separar la pulpa delas semillas, pieles,huesos y fibras inde-seables.
Alcanzar una texturamás fina en 1a pulpa.
Refinación
FUENTE: fnstituto de Investigaciones Tecnológicas
-
32
dratación, empaque aséptico,químicos, BenzoaLo de Sodio como
preservacÍón de productosagente preservante.
2,3.4 Procesos para la obtención de pulpas. La transfor-mación de 1as frutas en pulpas es un proceso continuo desdeel monento en e1 que la fruta se cosecha.
Las operaciones, que se realÍzan a partir de la llegadade 1a fruta a 1a planta de procesamiento hasta e1 momentoanterior a ser abiertas para 1a separación de 1as partesno comestibles, se llamarán operaci.ones de ADEcuAcroN.Estas operaciones son principalnente recepción, pesado,lavado, desinfección, enjuague y almacenamiento. Las opera-ciones de SEPARACTON practicadas a las frutas que ya hansido sometidas a 1as operaciones de adecuaci.ón son: corte,pelado, molido, despulpado y refinado.
Finalmente las purpas obtenidas se soneterán a operacionesde CONSERvAcr0N por diferentes sistenas, los cuales pre-sentan ciertas ventajas y desventajas relacionadas conIa calidad de1 producto y costo.
Teniendo en cuenta l_aslas frutas tropicales entipos de cáscara, pulpa
características
cuanto a f orrnas,y semi1las, las
tan.variadas deLamaños, texturas,operaciones nece-
-
33
sarias para obtener las pulpas son tanbién variadas y apli-cables casi en forna, orden y con equipos específicos.
A continuación se describirán
de cada . una de las operaciones
en su proceso de producción de
1os aspectos más relevantes
de separación de las frutas,pulpas.
2.3.4.L Pelado. Las frutas están recubiertas por una piel,cá scar a o ilmater ial d e enpaque natural tt qrr" p ro tege lapulpa y las semÍ11as de las condicj.ones biol6gicas y anbien-tales deteriorantes que. las pueden rodeaf.
las características son diferentes en la cáscara y se hacenevidentes a1 observar la piel de una curuba, guanabana,guayaba, 1ulo, mango, naracuyá, nora, piña o papaya.
La operación de PELADO pernite separar la cáscara del resto
de la fruta. Las técnicas necanizadas dfsponibles para
pelar la nayorla de l-as frutas antes mencionadas son lini-
tadas, por 1o que deben pelarse en forna manual_.
Por otra parte, 1a alternativa de no retirar 1a cáscaray solanente separar 1as semillas, con 1o que se ahorrarlamano de obra y aumentaría el rendiniento, no es nuy reco-mendable sino en casos como la guayaba y mora. Eventualnente
-
34
la curuba, lulo y nango se podrían procesar con la cáscaraincluida, con 1a condición de que se garanticen las carac-terísticas de sanidad y madurez adecuadas de 1as frutas,para evitar que 1a pulpa adquiera propiedades sensorialesi.ndeseables.
una forna sencilla de averiguar si 1a cáscara afecta Ínucho1a calidad de 1a pulpa que 1a contengar €s preparar unttnectar de cáscarastt, es decir con solo cáscaras de f rutay probar que tan desagradable resulta a1 paladar.
Otras frutas cono la guanabana, naracuyá, piña y papayano perniten -e1 enpleo integral de cáscara-pulpa debidoa 1as características inadecuadas de co1or, sabor, texturao apariencia que la comunj_carían a la pulpa.
Las técnicas de pelado de frutas utilizabl_es son:
2.3.4.r.1 Manual. Se efectúa con la ayuda de cuchillasde acero inoxidable. Esta técnica permite un pelado sinuso de co1or, equipo barato y poco uso de agua, e1 prolon-gado tiempo de operación, que favorece la contaminaci6nmicrobiana.
La técnfca del pelado manual es nuy enpleada para la curuba,
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35
nango, guanabana, papaya y piña. Ya existen náquinas quepermiten e1 pelado de1 nango de forma mecanizada entrelas empresas nacionales, pero 1a necesidad de diseñar yconstruÍr náquinas para los otras frutas es i.nperiosa.
2.3.4.r.2 Escaldado con agua calÍente o vapor. se realizaen recipientes de acero inoxidable y nediante algún sistemase calÍenta el agua o inyecta el vapor que se pone en con-tacto directo con la cáscara de la fruta. Se ha usado estenétodo en e1 pelado del nango, tomate de árbol y tonatecomún.
El calor afloja la piel de la nayoría de las frutas, dis-ninuye 1a contaminación superficial, es nás rápido quee1 manual y ahorra el uso de aguar p€ro 1a inversión enel sistema de calentaniento y gasto en e1 conbustible lohace nás costoso que e1 anterior en cuanto a equipos yservicios.
2.3.4.1'3 Escaldado con soda caliente. se sumerge 1a frutaen una solución de soda caliente durante un deterninadotiempo y luego se enjuaga para retirar la cáscara y lasoda renanente en Ia fruta.
La soda disuelve las paredes de las células de las cáscaras.
-
36
La velocidad de pelado depende de la concentracÍ6n, tenpe-raLura de 1a solución y tienpo de innersión; tanbién de1as características de 1a cáscara y grado de madurez, Lasconcentraciones de la soda pueden oscilar entre L2 a IOZen peso , durante 15 seg . a pocos ninutos . . La pa.paya y perason frutas que perniten su fácil pelado con soda.
Esta técnica permite una separaci6n eficiente no solo del-a cáscara si.no tanbién de las partea nagultradas de lostejidos; ea econónica por e1 bajo precio de Ia soda, lascaracLerísticas de 1os equipos y su instalacfón; se puedenpelar frutas de diferentes tanaños, fornas y variedades.
2.3.4.2 cortado. La nayorla de frutas se 1as debe cortara fín de separar las senillas de la pulpa que la recubre.
El corte de 1as frutas generalmente se hace por la. nitadde su cuerpo. La nitad que se escoja depende de Lae ventajasde facilidad y rendiniento que ofrezca el operario. Enel caso de la curuba y papaya se puede cortar por el perí-metro ecuatoriar o e1 longÍtudinal. Este ú1tino faciitala operación siguiente de separacién de senillas, pulpade 1a curuba o semillas de la papaya.
En e1 caso de 1a guanabana dependiendo de la variedad,
-
37
estado de madurez e integridad de la cáscarar s€ puedeescoger e1 tipo de corte longitudinal o ecuatorlal. Siestá madura, la cáscara presenta cierta resistencia y estáentera, puede resultar ventajoso realizar e1 corte pore1 perlnetro ecuatorial y enplear una cuchara o espátulapara extraer la masa de pulpa-seni11a. De 1o contrariose acostumbra pelarla con cuchillo y deshacer 1a estructuranatural y retirar e1 corazín antes de despulparla. Lo náevent,aJoso será que 1a guanabana se encuentre en un estadode madurez taI, que pernita retirar nanualnente 1a cáscaracon 1o que e1 rendiniento ea náxlno y sua caracterlsticasde aroma, sabor y color se hallan adecuadamente desarrolla-dos para pernitir la obtención de una pulpa de alta calidad.
E1 .maracuyá, en eL caso de realizar 1a extracción de 1apula-seni11a en forna manual, puede cortarse por un sitÍonás alejado del perlmetro ecuatorial, clavando la puntadel cuchillo y luego seguir cortando hasta reti.rar unafracción de cáscara, gu€ deje un orificio de un diámetropor e1 que quepa la cuchara r Qü€ pernitlrá la extracciónde pulpa-senilIa a la vez que evita la pérdida de jugoque si se produce cuando se corta 1a fruta por el centro.
0tras frut,as que se cortan por er centro son e1 1ulo, e1tonate de árbol, y quizás la nayoría de bayas
-
38
tejidos y aumentar los rendinientos durante la obtenciónde pulpas; disninuir 1a contaminación superficial de lasfrutas e inactivar enzinas que pueden afectar las carac-terísticas de co1or, sabor, aroma y apariencia de las purpasdurante 1a congelación o descongelación.
El escaldado puede cambiar e1 sabor y aroma nornal a crudode las pulpas por un sabor a cocido. La consistencia tanbiéncanbia dependiendo de 1a cantidad de alnidones preaentesen 1a pulpa. En 1a pulpa de naracuyá y mora se observaclaramente cono por e1 escaldado se pasa de un llquidofluido a uno espeso de aromas y sabores un poco diferentesal de las pulpas crudas.
Este tratamiento térnico es reconendado para ra papayaa fín de coagular e1 latex que naturalnente exuda la frutacuando se pela. El escar-dado linpia 1a superfÍcie de rafruta y baja su carga nicrobiana. Tanbién disninuye Iarotura de 1as senilr-as si e1 despulpado se hace necánÍco.
2.3.4.5 Molido. Estafrutas enteras y duras1a estructura naturalración de la pulpa yLa guayaba y mora son
operación consiate en someter Iasa un trozado, con el fín de ronper
y así facilitar su posterior sepa_las semillas durante e1 despul_pado.
frutas que generalnente se pueden
-
39
La piña se corta dependiendo el tipo de operación a quese someta luego. Si es molido se corta por mitades o cuar-tos. Sl es despulpado o prensa(o r s€ pica en trozos máso menos pequeños.
2.3.4.3 Separación. Consiste en separar 1a cáscara de1a masa fornada por 1a pulpa-seni1la. Esta operación serealiza generalnente cuando se procesa de forna manualcurubar guanabana, 1ulo (pu1pa sin cáscara) mango y mara-cuyá.
Generalnente se realiza con cucharas de acero inoxidable,
p1ástico y nenos recomendada de nadera. El no i'ncluÍr 1]sen la obtención de la pulpar garantiza un producto de altacalidad por Ias características de co1or, sabor y aromanuy parecidos a 1a de las pulpas frescas obtenidas a nivelcasero.
Por otra parte 1a operacién manual exige especiales nedidasde higiene y sanidad de operarios y planta, debe enplearseácido ascórbi.co para prevenir algunos canbios de colory aroma en ciertas frutas, pof 10 que resulta costosa.
2.3.4.4 Escaldado. Es un trataniento térnico corto quese puede aplicar a 1as frutas con el fín de ablandar los
tla¡rs¡dat Autonomo dc
Doto Bttlt#t¡oftrfulrtt
-
40
soneter a este molido, teniendo en cuenta sus caracterls-
ticas flsicas y los níninos canbios que puede sufrir. La
guayaba puede perder parte de1 tinte rosado por pardo,
si parte de las frutas están pintonas y después del nolido
la masa se somete a escaldado.
La piña pelada se puede noler y despulpar pero presenta
alta producción de espuna debÍdo a 1a alta aireación que
recibe durante estas operaciones. La papaya sin semillay pelada se puede moler rapidanente y usar eI nolino conuna nalla con tamiz alrededor de 0.033tt para obtener direc-tamente la pulpa. Otra alternativa es introducir trozosdirectamente por la despulpadora, con 1o que se logra unpoco más lento, el mismo tipo de pulpa.
En e1 caso de otras frutas cono 1a curubar lulo, nangoy maracuyá, 1-os resul-tados son di.versos y por 1o 'generaJ-se puede acel-erar e1 proceso y aunent,ar el rendinientode pulpa pero con algunas desventajas en la calidad.
La curuba con cáscara sana, nadura y linpia, al pasarlapor el molino produce una masa con algo de eenillas rota€,que se pueden retirar luego en eI despuJ-pado al usar unanal1a fina. El sabor, color, aparienci.a y consistencia
canbian, sin que sea grave, al compararla con los de la
-
4t
pulpa obtenida sin involucrar 1a cáscara.
El Iulo si está naduro y es de una variedad de cáscaradelgada, o1 molerlo entero ha producido una pulpa de colorverde amarillento. si está pintón con cáscara verde y segu-ramente gruesa r puede producir una pulpa verde pero saborresidual, débi1 y algo amargo.
E1 nango maduro, con cáscara sana y rimpia, a1 pr""rtopor el mol-ino sin nalla y a la nlnina velocidad, se lograromper solo Ia cáscara y asl facilitar su paso por unadespulpadora que pernita la separación de las pulpas yevacuación de 1a semilla y l-a cáscara. posteriormente aepuede moler las cáscaras y nezclarlas con 1a pulpa si hasuperado 1a prueba del tr¡¡$ctar de cáscarastt.
El naracuyá al recibir el mismo trataniento del_ lu1o ocuruba permite obtener una pulpa nás viscosa, menos áciday aronática y un mayor rendiniento. La dificultad de suaceptación en e1 mercado nacional está en los hábttos arrai-gados de los consunidores de néctares preparados con frutasfrescas a nivel casero.
2.3.4.6 Despulpado y Refinado. Es la operación de sepa-ración en la que puede entrar al equipo la fruta entera
-
42
(mora, fresa, guayaba) o pelado y en trozos (papaya, nango,
piña) o 1a masa pulpa-semil1a separada de 1a cáscara (cu-
ruba, guanabanar lulo, naracuyá) y separar 1a pulpa de
las partes no comestiblris.
Esta operación, tomo las anteriores, debe realizarse 1o
antes posible con 1a fruta que ha llegado a planta, ha
recibido las operaciones de adecuación y alcanzado un grado
de madurez apropiado.,
Los cepillos de nylon o paletas de caucho se usan paraseparar senillas frágiles cono 1as de1 naracuyá y curuba,y cuyo color negro afecta negativanente 1a apariencia de1as pu1-pas. Tanbién se enplean para e1 refinado de las
\
La despulpadora cuenta con \ paletas de acero inoxidable,
cepillos de nylon y baridaf e caucho, según los dif erentestipos de pulpas de frutas. Las paletas netálicaa se enpleanpara separar senillas o naterial de alta dureza (células
petreas en 1a guayaba), y cuyo color no afecte 1as carac-terísticas de la puJ-pa que se espera obtener. La guayabay mora se despulpan con este tipo de paletas. Adenás secolocan con cierta inclinación cónica de tal [¡anera quehaya mayor espacio entre la paleta y la nalla en el extremomás cercano al sitio donde se alinenta con la fruta.
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-
44
pulpas que se han obtenido iniciahnente a través de mallasde orificio anplio. El cepillo pernite acercar 1a masade pulpa de nalla y lograr alto rendiniento en la separación
de la pulpa fina de la grueaa.
2.3.4.7 Honogenizací6n. El efecto de esta operación sobrecierto tipo de pulpas como l-as que facilnente se separanen fasesr €s lograr unifornar el tanaño de la partícula,y con esto obtener una apariencia honogenea de 1a pulpapor un mayor tienpo.
Por otra parte 1a honogenizací6n afecta 1a composiciónde 1a pulpa por el aire que se involucra en su rnasa. Seproducirá nayor oxidación de ciertos conpuest,os y 1a posi-bilidad de más fáci1 creciniento de- hongos, los que nece-sitan oxígeno para desarrollarse.
La posibilidad para contrarrestar estos inconvenienteses soneter La purpa a desaireación, nediante 1a aplicaciónde vacio y podría reforzarse la salida del aire con unligero calentanj.ento, a f ln de disminuir 1a solubil-:idatldel oxígeno dentro de l-a pulpa.
2.3.4.8 Desaireado. Estaque pernite 1a extracción
operación es recomendable ya
del aire atrapado en la puJ-pa
-
4s
durante 1as operaciones previas. Las ventajas son:
2.3.4.8.1 La extracción del oxígeno disminuye el deterioro
de 1as pulpas durante e1 almacenaniento prolon.gado. La
oxidación es una de las principaLes causas de pérdidas
de color, daño de las vitaminas, pérdidas de aroma y sabor
y e1 desarrol-1o de otros desagradables.
.8.2 La extracción del alre pernite nayor uniformidadapariencia y calidad deI co1or.
2.3.4.8.3 Previene la fornación de espuna, causada por
1a mezcla con aire y permite e1 llenado correcto y uniforne
de los recipientes, sobretodo si se enplea un llenador
mecánico en l-a l-ínea de proceso.
2.3.4
en la
2.3.4.9 Envasado o Llenado
verter 1a pulpa obtenida deprecisas y preestablecidas,
en recipientes adecuados por
bilidad con 1as pulpas.
La operación puede ser nanualde necanización de la empresa.un nayor rendimiento y menos
. Esta operación consiste en
manera uniforne r €D cantidades
bien sea en peso o volumen,sus características y conpati-
o autonáLica, según e1 grado
El llenado autonático pernite
costos por e1 ahorro de la
-
46
mano de obra.
Los equipos enpleados deben ser versáti1es en cuanto avariación de volúmenes o pesos, presión de rlenado y faci-lidad de linpieza de todas 1as partes en acero inoxidableque tengan contacto con las pulpas.
Existen sistenas de llenado simple en e1 cuar sus opera-ciones de ubicar e1 recipiente y llenarlo son separadas.En los sistemas de llenado integrado 1as operaciones deconstrucción de1 envase, llenado y cerrado 1os rearizansimultaneamente con 1a misna máquina.
El envasado de 1as pulpas crudas que serán conservadasnediante 1a congelación, no tienen tratamiento térmicode1 nivel de la pasterizaciónr por 1o que su envasado serealiza a temperatura anbiente. En el caso de soneter lapulpa a pasterización, el llenado debe realizarse a tenpe-r.aturas superiores a 10s 75 c, con inversi6n durante unninuto de1 recipiente, a fín de garantizar la pasterfzaciónadecuada de la tapa o todo el interior de1 envase.
2.3.4.r0 cerrado o sellado. Dependiendo de1 tipo de reci-piente o envase enpleador s€ procederá a cerrar nediantesellado o tapado. Gran parte de la garantía de la conser-
-
47
vación del producto dependerá de 1a hermeticidad de como
esté cerrado e1 envase.
En e1 caso de emplear envases rlgidos de diferentes nate-
riales se enpleará el cerrado con tapas adecuadas para
e1 tipo de cuerpo de1 envase. Si e1 caso es de bolsas f1e-
xibles termosellables, se enpleará alghn tipo de selladora.
Para l-os envases rígidos existen en e1 comercio 1a conbi-
nación de dos sistemas, e1 enpleo de tapas y adenás una
banda Lermoencogible que se uaa para garantizar al- con-
sumidor, si 1a banda está intacta, 9u€ e1 recipiente no
ha sido abi.erto desde e1 momento que fue empacado en f.á-
brica.
2.3.4.1I Alnacenaniento. El producto terminado y empacado
adecuadamente deberá ser sonetido a l-a operación de alna-
cenado. Las condiciones de eate almacenaniento 'dependerán
del nétodo de conservación que se haya escogido.
Si ha sido la congelación,
temperaLura y 1as condiciones
y embalajes en e1 recinto 'l-as buenas condiciones de1
de 1legar a1 consunidor.
1a estabilización de 1a baja
de distribución de l-os envases
son crLticos para garantizar
producto Lerninado que 1e ha
-
48
La congelación es un sistema de gran acogida en la industria
nacional, debido a las características de alta calidad
nutricional y sensorial- ( aroma, sabor, apariencia, color )
de las pulpas obtenidas, después de un período de seis
meses o más;1a baja nano de obra y no especializada que
requiere. Pero también tiene sus desventaJas entre las
que se pueden anotar, gü€ es un método que denanda un Sran
consumo de energía y por 1o tanto es costoaa; si no se
opera cuidadosamente pueden ocurrir canbios bioqulnicos'
fisiológicos y creciniento microbiano durante 1a descon-
gelación.
Existen otros métodos de conservación de pulpas como 1a
utilización de dos procesos sinultáneos, uD tratamiento
térnico y 1a congelación, el cual nos pernite un naneJo
más ver6atil ya que no perníte la presencla de agentea
nicrobianos durante 1a descongelación y además r rlo se nece-
sitan adiciones de otros productos a l-a pulpa
Otro nétodo es el de
en iemover e1 agua del
y nedios artificiales
controladas de humedad '
l-a deshidratación e1 cual consiste
producto utilizando equipo mecánico
de calentamiento, bajo condiciones
Lenperatura y flujo de aire.
Tanbién se pueden conservar las pulpas utilizando el nétodo
-
49
de preservaclón por productos quínicos,)l- 1anados aditivos
tales coÍro: Antioxidantes (ácido ascórbico) , Acidulantes( ácido cítrico y tortárico ) , Freservantes ( benzoato de
sodio y sorbatos de potasio).
Se han desarrollado algunos experiment,os, con e1 fín de
preservar pulpas de fruta a tenperatura ambiente, valiéndose
de preservativos quínicos. Lss resul-tados se pueden observar
en los Cuadros 6 y 7. (Se describen solo dos experiencias
realizadas con Ias frutas que posiblemente son las násinteresantes ) .
2.4 USO DE LAS PULPAS DE FRUTAS
Existen un variado núnero de productos que se puéden pre-parar usando 1as pulpas de frutas, obLenidas a partir defrutas gu€, aunque reunen las condiciones de sanidad ymadurez para e1 consumor pueden no cunpllr con las nor[¡asde tanaño y forma que se exigen para el mercado en frasco.
Las pulpas tanbién se obtienen y usan para aprovechar 1asgrandes cantidades de frutas cul-tivadas y cosechadas enciertas épocas y que no alcanzan a ser consumidas por elmercado en fresco nacional de exportación. Estas se trans-forman en variados tipos de productos que perniten a1 con-
-
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-
52
sumidor contar, durante Las épocas de no cosechar COtl pr9-
ductos derivados de estas frutas.
Hoy el uso de las pulpas a nivel casero va en aunento'
ya que pernite a1 que prepare los alimentos, en corto tienpo
y facilnente, obtener néctares, (tanbién llanados jugos),
de 1os diferentes sabores de las frutas producidas en e1
país, o mezclas nuevas a1 conbinar en proporcioneg dife-
rentes los sabores que desee
Los siguientes son los productos que conunmente Be obtienen
a partir de pulpas de frutas: Néctares, concentrados' merne-
ladas, bocadillos y salsas.
-
53
3. SOLUCIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES
FACTORES DE CONSERVACION Y CLASIFICACION
Conocidas 1as causas que ocasionan estas cuantiosas pérdidas
(debido al na1 nanejo por parte de los agricultores e inter-
nediarios), se continúa el- trabajo tendiente a reconendar
1as formas de mejoramiento en 1-as condicionee generaLes
en el nanejo de los productos en estudio.
En primer término, fue necesario tener en cuenta los fac-
tores prlrnarios de conservación y clasificación de l-as
frutas, antes de entrar a 1a planta de procesamiento ' entre
las cuales se destacan 1os fisiológicos y de recolección.
El principal factor fisiológico es 1a nadurez de recolección
1l-anado tanbién madurez fisiológica, para cuyo recono-
ciniento se han Ldeado ttíndices de nadureztt qn" orÍentan
la época en que debe efectuarse'la recolección. Como,lndice
de madurez se puede llamar la consistencia de l-a pulpa,
o e1 núnero de días transcurridos entre la plena fl-oiación
-
54
y 1a recolección, color de 1a puIpa, desprendimiento detr
fruto, relaci6n de azlcat-ácido' etc.
En cuanto a 1os cuidados de recolección, 1as frutas deben
cosecharse con e1 pedúnculo y sin hojas, evitar golpes,
rozaduras y lesiones producldas por 1a forma de recolec-
tarlos; no depositar las frutas en empaques muy al-tos con
el objeto de evitar magullanientos de las frutas que quedan
en las capas inferÍores por e1 peso de las superiores;
no recolectar fruta húneda o en tiempo lluvioso hacer que
Los cosechadores usen guantes o por 1o menoa que nantengan
las uñas cortas según la delicadeza de los productos; no
efectuar la recolección a destajo pues 1a rapidez con que
desean cosechar las frutas hace que se aumenten 1-as lesiones
a los nismos.
Cuando se recibe la fruta en la planta Procesadora se ejerce
un control de calidad estricto, con el fín de aprovechar
frutas sanas y con un estado de madurez óptino; si la can-
tidad de fruta dañada es superior al '152 de 1a total reci-
bida es preferible rechazarla.
La adecuación de la fruta para el procesani.ento es la etapa
más crltica; por 1o tanto debe procurarse total sanidad
en los operarios, instalaciones y equipos o ¡naquinarias
-
55
a utilízar.
A nuesLro nodo de ver el proceso central es el despulpado'
raz6¡ por la cual nuestro objetivo principal es el de elevar
los rendimientos de producción. El diseño y La construcción
de un prototipo de náquina despulpadora de frutas tropi-
cales, seguramente cunplirá con las necesidades de1 mercado
int,erno y exLerno de pulpas de f rutas
La forna nás versáti1 de preservar las pulpas es el nétodo
de congelación; esto 1o ha conprendido la industria alinen-
ticia general, por 1o que es hoy en día e1 nétodo más usado.
-
sb
4. ASPECTOS GENERALES DE LA MAQUINA DESPULPADORA DE FRUTA
4.I ANTECEDENTES DE DISENO
Usualmente en Colombia se inporta tecnología, adquiriendo
máquinas que satisfacen una necesidad específica, sin tener
en cuenLa 1as condiciones de trabajo con que fueron dise-
ñadas. Vista de esLa manera, 1a transferencia de tecnología
no es aprovechada en su totalidad, puesto que ad aptamos
nuesLras necesidades a condiciones diferentes a las inicial-
mente determinadas, obteniendo de Ia máquina vida útit
nás baja.
Es e1 caso de industriales que han conprado náquinas des-
pulpadoras de fruta en e1 exterior, las cuales vienen con
sus respectivos manuales de servicio en donde se enuncian
sus funciones y así se den cuenta que no cumple con los
objetivos, 1as operan normalmente.
Un ejemplo de e11o, es que dichas náquinas trabajan con
una sola velocidad de operación, limitando e1 tipo de frutas
-
57
que puedan ser procesadas optimanente bajo este ranSo'
Por tal motivo se diseñará un prototipo que pernita inves-
tigar las condiciones óptimas de proceso de frutas en
Colombia, contando con una máquina de características gene-
rales, o sea que pueda trabajar en cualquier fruta que
tenga jugo en su pu1pa, a diferentes velocidades' con ren-
dimientos más elevados que 1as ya existentes en e1 país.
De esta forna realizamos una transferencia de tecnología
apropiada, extractando de e1la 1os conceptos más inpor-
Lantes, indispensables para mejorar un proceso.
4.2 IDENTIFICACION DE UNA NECESIDAD
Se LraLa de una náquina
e1 proceso de producción
a partir de su pulpa. Esto
interno por habitante de1
industrial, destinada a mejorar
en la obtención de jugo de frutas
con el fín de aumentar el consumo
jugo de frutas naturales.
4.3 ANALISIS DE APLICACIONES
Esta rnáquina está proyectada
e1 proceso de obtención de la
t.ropicales, tales cono: 1uIo,
para
par te
mango
agilízar
úrit de
, nora,
y simplificar
algunas frutas
guanabana, cu-
-
58
E1
e1
ruba, fresa, guayaba ' maracuyá y papaya. Basicamente se
trata de extraer la pulpa o el iugo de estas frutas par-
tiendo de un estado natural, con la ventaja de que 1os
desechos (bagazo y semilla) salen independiente al extracto
úti1 (jugo).
4.4 ASPECTOS FISICOS
siguiente esquena del conjunto de partes nos muestra
funcionamiento de 1a náquina despulpadora de fruta.
Lo que se busca con este proyecto es diseñar y construir
una máquina que ofrezca versatilidad en todo sentido, o
sea que sea de fáci1 funcionamiento, gü€ ocupe poco espacio,
de mantenimiento sencillo (nontaje y desmontaje).
El objetivo es que sea un producLo de aceptación industrial
y comercial. La náquina es construida en acero inoxidable
por ser un material anticontaminante de alimentos.
4.5 CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO
Su funcionamiento consiste en: La fuerza motriz es generada
por un notor trifásico de corriente alterna, e1 cual va
acoplado directamente a1 eje principal. Existirán varia-
-
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-
59
ciones en 1a velocidad de operación 'ha incorporado un variador electrónico
e1 Lipo de fruLa que se Procese ' se
óptima de trabajo.
ya que al motor se
de velocidad. Según
elegirá 1a velocidad
Se alimenta la máquina con frutas por una tolva, Ia cual
va sobre un costado de1 cuerpo de 1a máquina; posterior-
menLe caen a una primera etapa en donde se encuentra dis-
puesto un tornillo sin fín que arrastrará la fruta a la
cámara de despulpado. En esta segunda etapa 1a fruta es
macerada o aprisionada por una serie de paletas contra
un tamiz ci1índrico concéntrico con e1 eje principal. Las
paletas van sujetas al eje por unas barras que derivan
de éste. A1 ser aprisj-onada 1a fruta contra e1 tamiz, 1a
obliga a desprender su componente 1íquido a través de los
orificios del tamiz, deslizándodose por las paredes inte-
riores de 1a catcaza, saliendo finalnente por un, ducto
que es solidario a 1a misma carcaza de 1a náquina hacia
e1 exterior; a su vez los desechos salen empujados por
unas paletas desalojadoras que 1os dirigen por otro ducto
haci-a el exterior.
4.6 VENTAJAS DE LA MAQUINA DE PALETAS
4.6.L Máxina recuperación de só1idos. La náquina de paletas
UnivrrsíCsl Autor,omo ds ftddcntcD¿p¡o ff'll:itton
-
60
da máxima recuperación
consistenc j-a, Pero seca
4.6.2 Fácíl- mantenimiento.
cambio, ya que son elementos
fibra, cual sale con buenade 1a
Los tamices son
independientes
de fáci1 inter-
de la náquina.
4.6.3 Versatilidad. Según e1 tipo de fruta procesada se
tienen velocidades deterninadas y tamaños de los aguieros
en el tamiz, que depende de la fisiología de la semilla.
4.6.4 Secador de líquidos. Por la disposición de la banda
de neopreno a 1o largo de cada paleta se ofrece que la
fruta es despulpada en su totalidad.
4.6.5 Fáci1 limpieza. Las partes de 1a máquina de paletas
y en sí toda la naquinaria tiene 1a ventaja de ser de fácil
inspección y linpíeza.
4.6.6 Calidad de1 producto. Despulpa gran variedad de
frutas incluyendo frutas de semilla dura, libre de partes
dañadas y cáscara. Procesa tanbién frut,as cítricas, pero
cabe anotar que mediante otros procesos son obtenidos con
mayores eficiencias.
4.6.7 No se tapona. Debido a1 principio de 1as paletas
-
61
roLantes, no permiten taponamienLo en los orificios del
Eamiz. Tampoco 1a salida amplia, ayudada por 1as paletas
desalojadoras ubicadas a1 final de 1a náquina. Consecuen-
LemenLe la máquina opera suavemente con eficiencia y un
mínimo de atención.
4,6.8 La inclusión de un tramo de tornillo sin fín nos
asegura 1a alinentación constante a 1a cámara de despul-
pado, proporcionando una operación uniforme, sienpre y
cuando 1a alimentación de fruta a la máquina no sea in-
terrumpida.
4.7 ASPECTOS DEL DISENO
4.7.L Paletas rotantes fijas. Se tendrán 4 paletas, cada
una con iguales distancias al tamiz. Se ha hecho una divi-sión en la paleta que pernite 1a ubicación de una banda
de neopreno que se acomodorá adecuadamente a 1a fisiología
de la senilla de la fruta trabajada. Esto con el fín quesi por a1gún mot,ivo 1a banda toca el tamiz, éste no sufraningún imperfecto que cause su canbio.
4.7 .2 Tanices de larga duración. una 1ánina de gruesocalibre y su tanaño tan corto garantizan mayor vida delEamíz ' puesto que proporciona rigidez y evita deformaciones.
-
62
Prefabricado para asegurar un ajuste perfecto y cuandose necesite un intercanbio éste sea rápido y sin compli-caciones.
4.7.3 Protección de funcionaniento. E1 variador de velo-cidad electrónico provee seguridad en e1 caso de presen-Larse cuerpos ext,raños al material procesado, ya que sufáci1 manejo puede aumentar o disminuir 1a velocidad segúnfuese necesario. E1 eje principal y el eje del motor sonsolidarios por medio de un acople flexible que absorverácuarquier novi-miento fuerte que se pueda presentar en 1amáquina nientras esté funcionando.
4.7 .4 Diseño del torni1lo. Tiene una profundidad cons-tante y tamaño de las aletas de alta capacidad. Eliminae1 drenaje libre de 1os 1íquidos con control conpreto sobree1 transporte constante y normal de fruta a 1a cánara dedespulpado.
4.8 FACTILIDAD DE FABRICACION
se ha proyectado su construcción de nodo tal que no serequÍera para su fabricación de procesos muy justificados.Los procesos serían basicanente:
-
63
Tornead o
Taladrad o
Fre sad o
Machue 1ad o
Dob lado
Soldadura tig
Ajustes reconendados
-
64
SELECCION DE LA TRANSMISION DE POTENCIA
5.1 CALCULO DE LA POTENCIA TOTAL REQUERIDA EN Et MOTOR
La potencia requerida en el motor está en función de laenergía necesaria para transmitir movimiento a1 eje pri_n-cipal y por consiguiente a 1os elementos rotantes que cons-tituyen el proceso de despulpado en la máquina.
La ecuación general para hallar1a máquina:
1a potencia consumida por
P(total)=Pl+p2+p3+p4 (1)
5.
en donde,
P( total ) =Pl =P2=
potencia total requerida en el motor (kw)potencia consumida en el despulpado (kw)pérdida de potencia por fricción con roda-mientos (kw)pérdida de potencia por fricción con lafruta (kw)pérdida de potencia por fricción con e1 aire (kw)
P3
P4
-
65
Para calcular cuanta potencia se ha consumido en e1 proceso
de despulpado se anali zarán 1os trabajos hechos por 1a
máquina para vencer 1a energía de 1os elenenLos que rotan
y e1 realízado en vencer 1a resistencia hecha por e1 pro-
ducto en proceso. O sea se calcula e1 trabajo hecho por
la máquina cuando se encuentra en vacío y cuando está con
fruta.
Dependiendo de 1a geometría de los elenentos rotantes,
se procede a calcular los momentos de inercia de masa de
cada uno de e1los.
5.1.1 Momento de inercia del eie.
Ie =M22
Ie
M
r
Jp
L
momenLo de inercia
masa del eje (kgs)
radio del eje (cns)
densidad del aceroa7.7 grs/cm'
longitud del eje =
de masa del eje (tg-cm2)
= 1.27 cmsinox idable
68.5 cms
-
66
=ql4
M =TI4
M = vf
Me
Ie
Ie
= A x L xf
D2 x L xü
2.67 kg')
2.67 x (1.27)' = 2.I5 kg cm2?
2.I5 kg-cn-
Q,54)2 x 68.5 x 7.7 x 10-3 = 2.67 kg
5.I.2 Momento de inercia de1 porta-paleta
Ipp=Ibuje+Ibrazos
El monento de inercia de1 buje
Ib = momento de inercia del buje (tg-cmz)
M = masa de1 buje (kg)
R = radio exterior de1 buje (ct)
r = radio interior del buje (cn)
L = longiLud del buje (ct)
-
67
L = 2.5 cnrb=M(R2+t2)
2
M =9f Q2 d2) xLxJ4
M=4
rb=0.280 (2.52 L.272¡= t.to2
Ib = 1.10 kg-.r2
EI momento de inercia del btazo se calcula teniendo encuenta el teorema de 1os ejes paralelos.
')Ibz=Io+Mh-,)
Io = ML-L'
h = distancia entre el centro del cuerpo y el eje princÍpal( cm)
h=4.5cmL = longitud del brazo (cn)L - 4.O cm
t"t=Í (I.27)2 x 4.O x 7.7 x10-3=0.0378kg4
Io = 0.0378 x (4)2 = 0.0504 kg-cn2t2
-
68
Ibz = 0.0504Ibz = 0.81585
Ibz = 3.2634
rpp = 1.10 +
rpp = 4,3634
rpp = 8.7268
+ 0.0378 x (4.
x No. brazos =.2Kg-cm
5)2 = 0.81585
0.81585 x 4
.2Kg-cm= 3.2634 kg-cm2
3.2634
x2=.2Kg-cm
= 4.3634
8,7268
x No. poltapaletas
5.1.3 Momento de inereia de la paleta
Io+IMbz
T2
= ancho de
= espesor
= longitud
1a paleta
de 1a paleta
de la paleta
rp=Io=
b
a
L
M=
|"f =
a x b x L xJ(0.6 x 2.5 x 25) x 7.7 x 10-3 = 0.2887 kg
-
69
Io = 0.2887 Q.5)2 = o. 150 kg-c*2I2
f=Io+Mh2I - 0.150 + (0.28S7 x (7 ,7)2) = L7 .26 kg-.t2
Ip = 0.150 + L7.26 = 17.4L x No. paletas =
Ip = I7.4L x 4 = 69.64
Ip = 69.64 kg-ct2
5.I.4 MomenLo de inercia de la paleta de desalojo
Ipd = Ibuje
El momenLoIb=M(R2
2
M = (tr (f4
M=.rl (524
+ I paleta de
de inercia del
+ ,2)
¿2)xLxJ
2,527 x 3.5
desalo j o
buj e
UninniC+d 4ui,.'r¡rrnt dc ftcidúflto[lepi:r 8ü1,.1:xl¡
7 .7 x 10-3 = 0.39 2 ke,
-
70
1t2Ib = O.392 (2.5' + I.27)' = 1.541 kg-cn-
2I paleta = Io + Mh2
Io = l1L2t2
M = a x b x L xJ
M = (0.6 x 8.0 x 5.0) x 7.7 x 10-3 = 0.1848 kg
Io = 0.1848 x (8.0)2 = 0.9856 kg-ctzI2
Ip = 0.9856 + (0. 1848 x (6.12 ) = 8.7g kg-.r2 x No. paletas
Ip = 8.7g x 2 = 17.58 kg-ct2
Ipd = 1.541 + 17.58 = 19.L2
Ipd = 19.12 kg-cmz
s.1.5 Momento de inercia de1 tornillo de arrastretso
It = I buje + I anillo delgado
Ibuje = M (R2 + 12)2
M=9t- (nz a2) L*J4
L = long del bujeL=15cm
-
7L
M = Tl(52 z.s2) x 15 x 7.7 x 10-3 = r.69 kg4
I bu je = 1 .69 (2.52 + I.272) = 3.gz2
I bu je = 3.g2 kg-cn2I anillo = lrl ( R2 + 12 )
2
M total = Ml - tl2
e = espesor del anilloe = 0.3 ctr /.ll|=ff D2 xexf,
4
tMl=
4
142= I( (5)2 x 0.3 x 7.7 x 10-3 = 0.0453 kg4
M roral = 0.4642 0.0453 = 0.4199 kgM roral = 0.4188 kgI anillo = 0.4188 G2 + Z.S2¡ = 13.71 x No. anillos
2
I anillo = 13.71 x 4 = 54.92I anillo - 54.92I rotal = 3.92 + 54.92 = 59.94I anillo = 58.84 kg-cr2
El nonento de Ínercia de masas total será la su¡¡¡a de cadamomento de inercia de los elementoe que rotanI total = Ie + Ipp + Ip + Ipd + It
-
72
I rotal = 2.I5 + 8.7268 + 69.64 + 19.L2 + 58.84 = L58.47
r total = 158.47 kg-cnz
5.1 .6 Cálcu1o de la energía para mover 1a máquina y el
material. Se calculará e1 trabajo máximo para v'encer la
inercia de los elementos rotacionales: Este trabajo será
máximo a las nayores RPM de1 eie principalrque para nuestro
caso está acoplado directamente al motor y podrá dar
n = 1800 RPM.
I^J = 2'tfn = bE3I:-9.9.9' = 188.49 rad60 60
w = velocÍdad angular (sg-1)
n = RPM del eje
sg
El peso real de1 producto empujado por e1 tornillo
v tamíz = ,tr D2L4
\l ')lF= Tt (2O)- x 25 = 7853.9 .t34
D = 0 de1 tamíz = 20 cm
L - longitud del tamÍ-z = 25 cm
Asumimos que de este volunen solo un 252 alcanzará a 11e-
narse de fruta, por 1o tanto
Y real = 7853.9 x O.25 = 1963.4.t3
-
73
La fruta que nás opone resistencia a ser proceeada es Ia
guanabana, puesto que su fibra es nás consiatente y además
contiene la senilla en e1 nonento de aer procesada. Por
tal motivo se ha escogido como eI proceso nás crltico.
,P = 1.5 x 1o-3 kg/.r3 (densidad de Ia guanabana)
entonces 1a masa del producto seráat
M =Yreal *ffr{ = Lg63.4 x 1.5 x 10-3 = 2.g4 kg
El trabajo total seráL total = Lo + Ll dondeLo = trabajo necesario para alcanzar la velocldad de réginen
sin incluir e1 producto (joul)
Ll = Trabajo necesario para alcanzar 1a velocidad de régimencuando e1 producto se encuentra en proceao
Lo = An. = Ecf Eg/to = IVZ2
Lo = 158.47 (188.4g)2 = 2815099.1 kg- cr2 * L^2 ^ =T.,, sgt (roo cn)o281.50 joul
Lo = 281.50 joul
LI = l4Y22
V = Velocidad tangencial (M/sg)r = Radio de trabajo, desde el eje haeta el extremo de
-
74
1a paleta
V=WxrV= 188.49x9.5
V = 1790.65 cn = 17.90 ns8 sg
Ll = 2.g4 (l7.gC)z = 47I.0 joul2
Ll = 47L.A joul
L toral = 281.50 + 47L.0 = 752.5 joul
L toral = 752.5 joul
5. 1 .7 Cálculo de 1a potencia consumida ( Pl )
supongamos que el tienpo consunido hasta arcanzar la velo-cidad de régimen es de I segundo
Pl =!=752.5=752.5watt01
5.1.8 Pérdida de potencÍa por fricción con 1os rodanientos(P2)
P2 = Ang D I,I I/ donde2 n,
^ = facior de rozanienro (0.1
-
75
P2 = 0.1 x 7.54 x 9.81 x 2.54 x 188.49 = 17.722
P2 = 17.72 utat't
5.1.9 Pérdida de potencia por fricción con la fruta (P3).
q/P3 = trmgv ¿'
P3 = 0.1 x 2.94 x 9.81 x 17.9P3 = 51.62 vatLI = Factor de rozamiento (:O.Oz
-
76
La potencia de accionaniento consumida por 1a náquina, de
1a ecuaci.ón ( 1)
P roral = 752.5 + 17.72 + 51.62 + O.O23g4 = 921.96 warr
P total = O.822 kwaLEr( = Paccionaniento
P nominalt(= 0.90 (eficiencia del motor-transnisión)
P nominal = P?f. = O.8D = 0.927 KW = L.2 HP'( 0.90
Necesitamos un moLor de I.2 HP ¡ 1800 RPM.
s.2 CALCULo DEL ToRQUE MAXIMo EN EL M0T0R
El torqqe máximo se presenta cuando e1 molor gira a lasmenores revoluciones (n = 400 RPM).
T = 9.550 x Pn
P = potencia del motor = O.927 kwn = RPM del notor E 400
T = 9550 x 0.927 = 22.13 N-m400
-
77
5.3 CALCULO DE LA FUERZA MAXIMA DADA POR EL MOTOR
Esta fuerza estará situada en e1sea a 9 .5 cms. ( distancia desdede 1a paleta).
F-
ext.remo de 1a
el eje hasta el
paleta o
ex treno
T
;22.13 N-n = 232.94 N = 23.I1 kgf0.095 m
( RPM)
400
s00
600
700
800
900
I 000
1 100
1 200
r 300
1 400
1 500
1 600
1 700
I 800
CUADRO 8
TORQUES Y FUERZAS SEGUN RPM
T( N-m)
22.13
17.70
I4.75L2.64
11 .00
9.83
8 .8s
8.04
7 .37
6.80
6.32
s.90
5.53
5.20
4.91
F (kef)23,77
19.00
15.84
13.57
11.81
10.55
9. s0
8.63
7 .97
7.30
6.78
6.33
s.93
5.58
5.27
-
78
Estos datos nos sirven para saber el Lorque y Ia fuerzaque da e1 motor cuando se varían las revoluciones. cuandose seleccionen 10s rangos de vel0cÍdad para cada tipo defruta se tendrán bases suficientes para que er procesosea óptino, obteniendo así un producto final1idad.
de mejor ca-
Para e1 presenLe proyecto se uLilizará un variador de velo-cidad, e1 cual se instalará en e1 sÍstema para controlarvelocidad en motores trÍfásÍcos de corriente alterna. seescogió entonces un vari-ador de veloci.dad SPEEDSTAR rr.
5.4 INFORMACION GENERAL
5 .4 - 1 rnLroduccÍón. SPEEDSTAR suministra corriente, ver_sáti1 y preciso control de velocidad en motores de corrientearterna. Estas características combinadas con 1a flexibi_lidad, fáci1 consecución, bajo costo y nanteniniento níninode 1os motores A.C., hacen que sea el accionaniento idealpara los requerimient,os de velocidad variable en múrtiplesaplicaciones . El uso de 1a tecnología p. r,/. M. (modulacióndel ancho de1 pulso) pernite una excelente transferenciade potencia, rápida respuesta en aceleración y desacere_ración, excelente conport,aniento a bajas verocidades, erini_nación de altas corrientes de arranque y años de confia-
-
79
bilidad. P.lI.M. tanbién elinina 1as pulsaciones en 1a carga.
Freno regenerativo, 0-120 Hz de rango de variación y pro-
tección NEMA 4/ L2 cono estándar. SPEEDSTAR puede ser conan-
dado por un potenciómetro o ent,radas remotas de voltaje
o corriente, Su diseño conpacto y resistente ofrece faci-
lidad para su instalación.
5.4.2 Especificaciones Técnicas.
Forma de onda a Ia salida :
VarÍación voltaje de entrada:
Rango frecuencia de entrada :
Témperatura ambiente :
Altura sobre el nivel del mar
Hunedad relativa :
Rango salida de frecuencia :
Factor de potencia hacia red
Capacidad de sobrecarga :
Disparo por sobrecarga :
Disparo instantaneo : 25OZ de corrÍente noninalaprox.
capacidad de freno regenerativo Aprox. 3oz de Kw nominales(252 ciclo de rrabajo)
Entradas remotas de control : 0-10 vDc aislada /4-zonl¡.aislada
P.I.¡. M. onda aeno
+/- lo7"48-62 Hz
-2O a 5OoC
I . 100 nt,s.
0-952 náxima
0-f20 Hz0.95 (típico)
LI5Z continuos de corrientenominal
1352 de corriente nominalpor 20 sg
Uoirnit{td Atrlonrrmo ús0¡srl Btbliitxo
0(d&ntr
-
80
Aj ustes Tienpo de aceleraciónhasta 15 sg
Tienpo de desaceleraciónhasta 15 sg
Frecuencia náxina 72O Hz
Volt s/Herz - rango total
Refuerzo voltaje Baja Velo -c idad
5.4.3 Descripción de operación. Las señales de voltaje
y corriente de entrada son rectificadas por un puente recti-
ficador de onda conpleta en seña1es DC; este voltaje DC
se filtra en los condensadores y se obtiene un valor de
volta¡L fijo denominado D.C.BUS. Este voltaje DC se invierte
en los transistores de potencia en nodulación de ancho
de pulso (P.lt.M. ), para producir una salida trifásica de
frecuencia variable, transistores de alta capacidad de
suicheo se requiere para ninimizar pérdidas, reducir los
hormónicos a 1a salida y garantízar en óptima caracterls-
tica de torque a la salida.
EI ancho de cada pulso individual varía de acuerdo a una
función seno. De esta forma se obtiene un sistena nuy apr6-
xinado a la onda seno. Esto es inportante ya que los motores
son diseñados para operar con ondas senos, el variador
P.I,I.M., por 1o tanto proporciona caracterlsticas adecuadas
-
8l
y operación.
Entrad
5,4.4 Diagrana E1éctrico.de1 sistema se necesitan los
tri¡áúc.a de
Írcaueneio tlorioble.
Para efectuar la conexÍón totalsiguientes elementos:,.
Fu-sibles rápidos ripo botella ( 6 anp . )Breaker rripolar ON/OFF (6 anp.)Variador Speedarar II (fg00 RpM - 1.5 Hp _ 5 anp. )Re1üs térnicos (6 anp.)Motor trifásico A.c. (1.g00 RpM r.zlp 4 anp. - 2zov/
440v)
5.4.5 Gulas de aplicación Speedstar/notor. Los motoresde corriente alterna deben recibir voltaJe en proporcióna la frecuencia (v/Hz) (Ver Figura l), con el,fln de nan_tener torque constante hasta 1a velocidad básica. E1 in_versor PNM 1.ogra este propóslto variahdo er ancho der pulsoa nedida que varía la frecuencia. En 1a práctica el notorrequÍere una pequeña cantidad de refuerzo de voI_taje abajas frecuencias cono indica ra Figura en llneas punteadas.Esto eg para compensar pérdidas 'rRrf 1as cuales son nás
RE
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-
82
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