• Author / Uploaded
• Jose Gregorio Diaz

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Plan de tesis: SISTEMA DE LIMPIEZA, TOSTADO Y PELADO DE CACAO PARA MEJORAR LA PRODUCCCIÓN DE LOS MICROEMPRESARIOS EN LA SELVA CENTRAL JUNÍN

Presentado por: Xxxx x Xxxxxxxx xxxxxx

Para optar el título de: Ingeniero de Mecánico

Huancayo – Perú 2013

ÍNDICE ÍNDICE..........................................................................................................................................................2 RESUMEN....................................................................................................................................................3 1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN...................................................................................................3 1.1 Planteamiento del problema............................................................................................................3 1.2

Formulación del problema...............................................................................................................3

1.3

Objetivos de la investigación..........................................................................................................3

1.3.1 Objetivo General....................................................................................................................3 1.3.2 Objetivos Específicos:...........................................................................................................3 1.4 Justificación e importancia..............................................................................................................3 2

MARCO TEÓRICO..............................................................................................................................3 2.1 Antecedentes...................................................................................................................................3 2.2

Teoría básica....................................................................................................................................4

2.3

Definiciones conceptuales y operacionales.....................................................................................5

2.3.1 Definiciones conceptuales.....................................................................................................5 2.3.2 Definiciones operacionales....................................................................................................5 2.4 Hipotesis..........................................................................................................................................5 2.4.1 Hipótesis General...................................................................................................................5 2.4.2 Hipótesis Específicas:............................................................................................................5 3 DISEÑO METODOLOGICO................................................................................................................5 3.1 Tipo de investigación......................................................................................................................6 3.2

Nivel de investigación.....................................................................................................................6

3.3

Método y diseño de la investigación...............................................................................................6

3.4

Unidad de observación....................................................................................................................6

3.5

Variables de investigación...............................................................................................................6

3.6

Técnicas de investigación................................................................................................................7

3.6.1 Técnicas e instrumentos de investigación..............................................................................7 3.6.2 Técnicas de procesamiento de datos......................................................................................7 3.6.3 Procedimientos.......................................................................................................................7 4 ASPECTOS ADMINISTRATIVOS......................................................................................................7 4.1 Cronograma de actividades.............................................................................................................7 4.2

Presupuesto......................................................................................................................................8

5 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA.......................................................................................................8 Anexo: matrices de formulación..................................................................................................................10 ANEXO: MATRIZ DE CONSISTENCIA..................................................................................................11

2

RESUMEN La investigación que se realizará es tecnológica y de nivel aplicado. Se encuentra dentro de la línea de investigación de Diseño de Máquinas, con el que se pretenderá determinar la configuración del sistema de limpieza, tostado y pelado de cacao que influye eficientemente para mejorar la producción de los microempresarios de la selva central región Junin. Para lo cual se diseñará, construirá e instalará el sistema de limpieza, tostado y pelado de cacao en una maquina procesadora de cacao. Se utilizará el método sistémico, con diseño correlacional, la medición de la calidad de los granos se realizará controlando la cantidad de granos, y la cantidad de cascara en la maquina. Para la prueba de la hipótesis se empleará la regresión lineal y la prueba estadística F de Fisher. La configuración del sistema de limpieza, tostado y pelado de cacao deberá funcionar con una zaranda, tostadora de aire caliente y una descascaradora de rodillo para mejorar la producción de los microempresarios de la selva central región Junin

3

1 1.1

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Planteamiento del problema

En los datos estadísticos sección siembras –superficie cosechada de los principales cultivos campaña agrícola: 2013-2014/2014-2015 periodo agosto – octubre en comparación con la anterior campaña agrícola mayo-julio encontramos un crecimiento favorable en la siembra y cultivo del cacao lo cual nos determina que numerosas familias de la selva central región Junín se están dedicando a la siembra y cosecha del cacao producto de la alta rentabilidad que hay en el mercado (Fuente: agencias agrarias, Elaboración: DIA-Junín) Los microempresarios ven la posibilidad de incrementar sus ventas modificando el procesado del cacao de un modo rudimentario a un modo donde el aporte de la tecnología les sea beneficioso ya que a diario la siembra y cosecha del cacao va en aumento. La limpieza, tostado y descascarado del cacao por lo general es realizado de modo artesanal por los pobladores de la selva central – Junín, haciendo la selección manual de los granos, un tostado con grandes sartenes y con leña, y por ultimo utilizando mallas y la fuerza del viento para descascarlas, viéndose que no se mantiene la cantidad de granos de entrada, ya que gran parte de ellas son desechadas en el proceso, y que no hay un buen descascarado, ya que las mallas suelen ser poco precisas, generando así pérdidas de hasta el 27% en la producción total. El sistema de descascarado de cacao, consta de tres procesos: la limpieza, donde se eliminan las impurezas, el tostado, para facilitar la remoción de la cascara y el descascarado, que se deberá hacer mientras el grano está caliente Según Sarcos Ferrer, Lenin Segundo ; Núñez Rincón, Rolando Alberto (2005) en su tesis titulado “Diseño de una máquina descascarilladora y limpiadora de cacao” nos dice que, en el procesamiento del cacao, los niveles de esfuerzos en los elementos y piezas son muy bajos; por ello, el enfoque principal a la hora de realizar los cálculos son las dimensiones de dichas piezas y elementos, teniendo presente la correcta utilización de los materiales a emplear según lo establecen las normas sanitarias. En esta investigación se busca evaluar la configuración del sistema de limpieza, tostado y pelado que pueda mantener la cantidad y calidad de los granos de cacao para los microempresarios de la Selva Central – Junín. El elemento esencial de este sistema de descascarado será el separador de impurezas y la capacidad del tostador para facilitar la remoción de la cáscara.

4

1.2

Formulación del problema

¿Cómo combinar las estructuras del sistema de limpieza, tostado y pelado para mejorar la producción de los microempresarios de la selva central región Junín? 1.3

Objetivos de la investigación

1.3.1 Objetivo General Determinar la configuración del sistema de limpieza, tostado y pelado de cacao que influye eficientemente para mejorar la producción de los microempresarios de la Selva Central región Junín

1.3.2 Objetivos Específicos: Elaborar planos de fabricación y montaje de la maquina procesadora de cacao.

1.4 Justificación e importancia Este trabajo de investigación busca resolver el problema de los microempresarios de la Selva Central – Junín, que durante años han realizado el descascarado del cacao de una forma artesanal sin uso de tecnologías que puedan mejorar sus procesos, teniendo una baja calidad del producto y pérdida en la cantidad de granos tostados Es importante porque permitirá evaluar los sistemas de limpieza, tostado y descascarado que pueden ser usados en maquinas donde es necesario realizar el descascarado de materiales similares al cacao, además de ser punto de partida para generar nuevos conocimientos

2 MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes Juan Carlos Plúa C., Fabiola Cornejo Z.(2008) en su tésis de maestría titulada Diseño de una linea procesadora de pasta de cacao artesanal concluye que: “los factores mas relevantes que se debe tener en cuenta para el procesamiento de cacao son la temperatura y el tiempo de tueste, debido a que las altas temperaturas de tueste del cacao (no mayores a 156 °C ) y largos tiempos de tueste, influyen de manera significativa en el sabor y aroma del producto final ya que contribuyen a mejorar las propiedades organolépticas de la pasta”.

5

Imbaquingo Imbaquingo y Ortiz Ávila, (2010) en su tesis titulado Diseño y construcción de una máquina para remover la cascarilla de granos de cacao para una producción de 200 kg/h concluyen: “ La maquina construida permite separar la cáscara del grano de cacao del cotiledón mediante un proceso de aplastamiento de la materia prima a través de rodillos y su velocidad de procesamiento permite cumplir con la capacidad de producción preestablecida” Jimenez Carreño, Robinson Nevárez (2008) en su tesis títulada Diseño de una planta piloto de procesamiento de semillas de alfalfa y trebol se concluye que: “Entre las alternativas seleccionadas, para la planta piloto para procesamiento de semillas. Son secador de tambor rotatorio, descascarador de rodillos de caucho y cribadora de adherencia variable; por las ventajas que prestan al momento de construir y operar” “Con el diseño del descascarador de rodillos de caucho se llegó a la viabilidad de acelerar el proceso de la separación de semilla, para de esta manera tener en el menor tiempo un producto de calidad”

2.2 Teoría básica 

Para mantener la calidad del producto, es necesario eliminar las impurezas por completo. Para este proceso de limpieza se utiliza un pequeño equipo con zarandas de diferentes tamaños, provisto de un motor que lo agite, con este equipo el cacao sale limpio por un lado y las impurezas por el otro



El tostado se puede realizar de varias formas: con aire caliente, con vapor saturado o con radiación infrarroja. La temperatura de tueste dependerá de la humedad con la que ingrese el grano al tostador, esto se puede estimar por medio de la fig 2.1 que indica el tiempo que se debe tostar vs la humedad inicial del cacao a una temperatura determinada (Juan Carlos Plúa C., Fabiola Cornejo Z.,2008, p 3) TABLA 2.1 Valores obtenidos en el tostado

6

FIGURA 2.1

Variación de humedad en el cacao tostado a 150°c



Una vez que el cacao ha sido tostado se deberá descascarar inmediatamente mientras esté caliente para facilitar la remoción de las cubiertas. Para esta etapa se utiliza un equipo rompedor de grano que por lo general esta previsto de una turbina central que por fuerza centrifuga tira los granos contra placas metálicas fijadas en la pared del cilindro donde se rompen. El cacao quebrado junto con su cáscara caen a una zaranda inclinada, con vibración, de diferente abertura (0.04mm, 0.66mm, 0.08mm, 0.1) y por medio de un flujo de aire es separado de la cascarilla



A partir del estudio de campo en el cual se realizan ensayos aplicando una fuerza de compresión se establece que la fuerzan promedio que se debe aplicar para quebrar el grano y poder retirar la cáscara es de 255.5 N, si embargo entre los datos obtenidos se puede observar que algunos granos requieren apenas 155N y otros 392N para quebrarse y retirar su cascara, es por esto que para tener la certeza de que cualquier grano que pase por los rodillos se quebrará se establece que la fuerza que se debe ejercer sea de 500N. (Imbaquingo Imbaquingo y Ortiz Ávila, 2010, p 27) TABLA 2.2 Dimensiones de los granos de cacao

7

TABLA2.3 Fuerzas ensayo el compresión

obtenidas en el

TABLA 2.4 Comparación de Componentes de los sistemas

limpieza Precición Consumo electrico

tostado

Precio

Zarandas vibratorias

mano

tamices

Alta

Baja

Media

Medio

Nada

Nada

Tostadoras de aire caliente

Tostadora de vapor saturado Costo elevado

Costo bajo

8

Tostador de radiación infrarrojo Costo elevado

descascarado Tornillo sinfín precision

Rodillos de jebes higiénicos

Baja

Media

9

Rodillos dentados Alta

2.3 Definiciones conceptuales y operacionales 2.3.1 Definiciones conceptuales El presente trabajo de investigación se compone de una variable dependiente que es: producción de granos de cacao descascarados, y la variable independiente: sistema de limpieza, tostado y descascarado VI: Sistema de limpieza, tostado y descascarado Sistema que transforma los granos secos de cacao, en granos sin cascara. Para realizar esto los granos pasan primero por una limpieza, luego sin tostados para facilitar la remoción de la cubierta, y por ultimo son descascarados, obteniendo así granos sin cascara VD: producción de granos de cacao descascarados Es el grano que se obtiene a la salida del descascarador, y depende de la temperatura de tostado y la rapidez del descascarado. 2.3.2 Definiciones operacionales El presente trabajo de investigación se compone de una variable dependiente que es: producción de granos de cacao descascarados y la variable independiente: Sistema de limpieza, tostado y descascarado La configuración del sistema de limpieza, tostado y descascarado, se determinará variando el tipo de tostador y el tipo de descascarador La producción de granos de cacao descascarados, variable que expresa la cantidad de granos producidos en un determinado tiempo, medido en Kg/h mediante una balanza

10

2.4 Hipótesis 2.4.1 Hipótesis General El sistema de limpiado, tostado, y descascarado tendrá una estructura que consta de una zaranda vibratoria de 0.04mm, 0.66mm, 0.08mm, 0.1mm, un tostado con aire caliente y un descascarado utilizando una descascarilladora de rodillos, que permitirá mejorar la producción de los microempresarios de la selva central región Junin

3 DISEÑO METODOLOGICO 3.1 Tipo de investigación Investigación tecnológica, porque se aplicarán los conceptos de diseño para determinar la configuración que satisfaga la necesidad del microempresario

3.2 Nivel de investigación Investigación aplicada, porque la solución se diseñará, construirá e instalará para solucionar el problema

3.3 Método y diseño de la investigación Método sistémico y diseño correlacional

3.4 Unidad de observación Máquina procesadora de cacao

11

3.5 Variables de investigación Con el fin de uniformizar el significado de la hipótesis, en la tabla 3.1, se desarrolla la definición conceptual y operacional de las variables que se están utilizando en la investigación. Tabla 3.1: Operacionalización de la variable dependiente Variable Dependiente: Producción de granos de cacao descascarados Definición conceptual

Dimensión

se obtiene a la salida del Volumen descascarador, y depende de la

Indicador Cantidad de granos obtenidos (kg)

temperatura de tostado y la rapidez del descascarado.

Tiempo

Fuente: elaboración propia.

12

Tiempo (s)

transcurrido

Tabla 3.2: Operacionalización de la variable independiente Variable Independiente: Sistema de limpieza, tostado y descascarado Definición conceptual

Dimensión

Indicador

Sistema que transforma los Zaranda vibratoria

Cantidad de granos

granos secos de cacao, en granos sin cascara. Para realizar

esto

pasan

primero

los

granos

por

Tostador de aire caliente

Temperatura de tostado

una

limpieza, luego sin tostados para facilitar la remoción de la cubierta, y por ultimo son Descascarador rrodillo descascarados, obteniendo así granos sin cascara

Fuente: elaboración propia.

13

de Rapidez descascarado

de

3.6 Técnicas de investigación 3.6.1 Técnicas e instrumentos de investigación La técnica empírica, mediante la observación, utilizando fichas de observación y filmadoras 3.6.2 Técnicas de procesamiento de datos La estadística descriptiva 3.6.3 Procedimientos la regresión lineal y la prueba estadística F de Fisher

14

4 ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 4.1 Cronograma de actividades Tabla 4.3: Cronograma de actividades Actividades

Diciembre 1 2 3 4

Enero 1 2 3

Tema definido Problema y objetivos definidos Marco teórico definido Diseño de la investigación Técnicas de investigación Informe Plan de tesis Operacionalización de la investigación. Modelo de observaciones. 1er informe de avance Mediciones Interpretación 2do informe de avance Redacción de borrador de tesis Normas APA Presentaciones. Presustentación Informe de aprobación

15

1

Febrero 2 3 4

5

1

Marzo 2 3 4

A 1

Los informes son presentados por el asesor al decano.

4.2 Presupuesto Tabla 5.4: Presupuesto de gastos Ite Descripción m 1 Pasajes 2 Compra de Materiales 3 Recolección de datos 4 Papel y otros gastos TOTAL GENERAL

Precio unitario S/. 2.00 S/. 1020 S/. 20 S/. 10

Precio total S/. 100.00 S/. 1020.00 S/. 100.00 S/. 50.00 S/. 1270.00

5 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA Espinoza Montes, C. A. (2010). Metodología de investigación tecnológica. Pensando en sistemas. Huancayo, Perú: Imagen Gráfica SAC. Sánchez Carlessi, H., & Reyes Meza, C. (1996). Metodología y diseños en la investigación científica (Segunda ed.). Lima, Perú: Gráfica Los Jazmines. Sierra Bravo, R. (1999). Tesis doctorales y trabajos de investigación científica. Madrid, España: Paraninfo. Juan Carlos Plúa C., Fabiola Cornejo Z.(2008)Diseño de una linea procesadora de pasta de cacao artesanal, Guayaquil, Ecuador: Revista tecnologica ESPOL(Escuela Superior Politecnica del Litoral) Chávez Castillo Rodolfo A., Juscamaita Sanchez Martin Jose.(2013) Estudio de Prefactibilidad para la exportación de cacao en grano tostado al mercado estadounidense. Lima, Perú: Pontificia Universidad Catolica Del Peru Imbarquingo Imbarquingo, N. A. & Ortiz Avila, O. S. (2012) Diseño y construcción de una máquina para remover la cascarilla de granos de cacao para una producción de 200 kg/h, Quito, Abril Jimenez Carreño, J. C. & Robinson Nevárez G. F., (2008) Diseño de una planta piloto de procesamiento de semillas de alfalfa y trébol, Riobamba, Ecuador

16

Anexo: matrices de formulación Mejorar la producción

Granos de cacao secos con cascara

Sistema de limpieza, tostado y descascarado de granos de cacao

Variable independiente

Variable dependiente

Formulación del título Objeto (sistema)

Enlace

Sistema de limpieza, tostado y descascarado

Salida

para

Delimitación

Mejorar la productividad

De los microempresarios de la selva central - Junín

Formulación del tema Verbo Evaluar

Elementos del sistema El limpiador, tostador, y descascarador de cacao

Enlace para

Salida

Delimitación

Mejorar la producción

De los microempresarios de la selva central - Junín

Formulación del problema Interrogante Cómo configurar las estructuras

VI Sistema de limpieza, tostado y descascarado

Enlace para

Verbo mejorar

VD La producción

Delimitación De los microempresarios de la selva central - Junín

Formulación del objetivo Propósitos Verbo VI Sistema de limpieza, Determinar tostado y La configuración descascarado

Fines Medios Que influye eficientemen te para

17

Verbo mejorar

VD

Delimitación

La producción

De los microempresarios de la selva central Junín

Formulación de la hipótesis Proceso lógico El

VI Sistema de limpieza, tostado y descascarado

Medios

Proceso lógico

Tendrá una estructura

zaranda vibratoria de 0.04mm, 0.66mm, 0.08mm, 0.1mm, un tostado con aire caliente y un descascarado utilizando una descascarilladora de rodillos

18

VD

Delimitación

La producción

De los microempresari os de la selva central - Junín