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• Teresa Villavicencio

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UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD DE CIENCIAS PECUARIAS CARRERA INGENIERÍA EN ALIMENTOS

PROYECTO INTEGRADOR CORRESPONDIENTE AL SEXTO SEMESTRE TEMA: DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO EN EL MOLINO ARTESANAL PARA LA OBTENCIÓN DE HARINA DE QUINUA EN EL CANTÓN QUEVEDO.

INTEGRANTES: Espinosa Mamonte José Carlos Chicaiza Taco Johana Estefanía Macías Camacho Andrés Israel Mina Jara Michael Steven Montes Romero Jefferson Antonio

Coordinador del Proyecto Integrador: Ing. Román Soria Velazco

Mocache-Los Ríos-Ecuador 2018-2019

INDICE 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 10 CAPÍTULO I ............................................................................................................ 12 CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 12 1. Problematización ............................................................................................. 12 1.1. Diagnóstico................................................................................................ 12 1.2. Sistematización del problema .................................................................. 13 1.3. Formulación............................................................................................... 13 1.4. Justificación .............................................................................................. 14 1.5. Objetivos .................................................................................................... 14 1.5.1. Objetivo general ................................................................................. 14 1.5.2. Objetivos específicos ......................................................................... 14 1.6. Variables controladas ............................................................................... 15 1.7. Variables manipuladas ............................................................................. 15 1.8. Hipótesis .................................................................................................... 15 1.9. Fundamentación teórica ........................................................................... 15 1. 9.1. Características del molino................................................................. 15 CAPITULO II........................................................................................................... 18 FUNDAMENTACIÓN TEORICA DE LA INVESTIGACIÓN .................................. 18 2.

Marco teórico................................................................................................... 18 2.1. Generalidades: .......................................................................................... 18 2.2. Principios de funcionamiento .................................................................. 19 2.3. Utilización .................................................................................................. 20 2.4. Tipos de molinos....................................................................................... 20 2.4.1. Molinos de piedra ............................................................................... 20

2.4.2. Molino de piedra con motor ............................................................... 20 2.4.3. Molino de rodillo ................................................................................. 20 2.4.4. Molino de plato ................................................................................... 21 2.5. Quinua ........................................................................................................ 21 2.6. Producción y consumo de quinua ........................................................... 23 2.7. Procesos fisicoquímicos de la harina de quinua. .................................. 23 2.8. Composición química: .............................................................................. 23 2.9. Componentes de la harina de Quinua ..................................................... 24 2.9.1. Proteína ............................................................................................... 24 2.9.2. Fibra ..................................................................................................... 25 2.9.3. Minerales ............................................................................................. 25 2.9.4. Vitaminas............................................................................................. 26 2.10.

Operación unitaria de la quinua. .......................................................... 26

2.10.1. Molienda: ............................................................................................. 27 2.10.2. Granulometría de la harina de quinua .............................................. 27 2.10.3. Métodos de determinación granulométrico ..................................... 28 2.10.4. NORMAS INTERNACIONALES PARA LA QUINUA .......................... 28 2.11.

Requisitos fisicoquímicos de la quinua ............................................... 28

2.12.

Evaluación de calidad de los granos de quinua ................................. 29

2.13.

Clasificación de los granos de quinua ................................................. 29

2.14.

Requisitos microbiológicos de la quinua ............................................ 30

2.15.

Análisis fisicoquímico de harina de quinua en la elaboración de

algunos productos relacionados ...................................................................... 30 2.16.

Elementos de control ............................................................................ 30

2.17.

Cálculos en la teoría de la molienda .................................................... 33

2.18.

Finura de la Molienda ............................................................................ 36

2.19.

Sistemas de transmisión de potencia .................................................. 36

2.20.

Tipos de mecanismos para la transmisión de potencia: .................... 36

2.21.

Características de un motor eléctrico. ................................................. 37

2.22.

Elementos importantes en la molienda ............................................... 40

2.23.

Relaciones entre los elementos variables del molino ........................ 41

CAPITULO III ......................................................................................................... 42 METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................... 42 3.1. Localización............................................................................................... 43 3.2. Enfoque ...................................................................................................... 44 3.3. Modalidad y tipo de investigación ........................................................... 44 3.4. Tipos de investigación ............................................................................. 45 3.5. Población y muestra ................................................................................. 45 3.6. Técnicas e instrumentos de recolección de información ..................... 46 3.7. Materiales y Métodos. ............................................................................... 46 3.8. Procedimiento. .......................................................................................... 46 3.9. Diagrama de bloque del estado actual del molino para la obtención de harina de Quinua ................................................................................................ 47 .............................................................................................................................. 47 Fuente: Autores ................................................................................................... 47 3.10.

Tratamientos y modelo matemático del experimento ........................ 48

Variables controladas ........................................................................................ 48 CAPITULO IV ......................................................................................................... 49 4.

Resultados ....................................................................................................... 50 4.1. Características del molino diseñado ....................................................... 50 4.2. Velocidad requerida en el molino ............................................................ 50 4.3. Análisis de las propiedades físicas químicas del proceso ................... 51 4.4. Procedimiento: .......................................................................................... 51

CAPITULO V ........................................................................................................... 52

5. Propuesta del diseño ................................................................................... 53 5.1. Partes del molino automatizado .............................................................. 53 5.2. Diagrama simplificado de la máquina ..................................................... 54 5.3. Automatización de la operación del molino ........................................... 55 5.4. Cálculos de las revoluciones ................................................................... 58 5.5. Cálculo de física para la acción de poleas ............................................. 58 5.6. Determinación de la potencia del motor ................................................ 60 5.7. Sensor De Peso Hx711 + Celda De Carga 20kg Arduino ....................... 61 5.8. Actuador marca march ............................................................................. 61 5.9. Costos totales para la automatización del molino. ................................ 62 CAPITULO VI ......................................................................................................... 63 6.1. CONCLUSIONES .......................................................................................... 64 6.2. Recomendaciones ....................................................................................... 65

DATOS GENERALES

Nombre del Proyecto Integrador Diseño de un sistema de control automático en

Período académico

el molino artesanal para la obtención de harina

2018 – 2019

de quinua en el cantón Quevedo.

VI MODULO

Facultad:

Ciencias Pecuarias

Carrera:

Ingeniería en Alimentos

Nombre del Académico Coordinador del Proyecto Integrador (PI): Ing. Román Soria Velazco

Estudiante(s) responsable(s) de la elaboración del PI: Tercer año: Modulo

Nombre del proyecto Diseño de un sistema de

Estudiantes Espinosa Mamonte José Carlos

Tutor

control automático en el

Chicaiza Taco Johana Estefanía

Ing. Román

molino artesanal para la obtención de harina de quinua

en

el

cantón

Quevedo.

Unidad de aprendizaje

Macías Camacho Andrés Israel

Soria Velasco

Mina Jara Michael Steven Montes Romero Jefferson Antonio

Docentes

Área de formación

Operaciones Unitaria

Créditos

Ing. Cynthia Erazo

5

Ing. Raúl Díaz

4

Ing. Juan Avellaneda

5

Ing. Román Soria

4

Ing. Cynthia Erazo

3

Ing. Diego Tuarez

3

Reológia y fenómenos de transporte Diseño experimental Control y automatización de procesos industriales Mantenimiento y seguridad industrial Diseño de

maquinarias y equipos agroindustriales Ingles técnico bajo

Lcda. Rosa Varas

2

Sitio de realización del PI: Cantón Quevedo - Provincia de los Ríos

RESUMEN EJECUTIVO El presente proyecto tiene como fin rediseñar e innovar también buscar soluciones adecuadas por lo cual se describen varios puntos que son fundamentales para dar solucion a este proyecto. Para lo cual debemos tener en cuenta como primer punto; Conocer el problema sobre la automatización de un molino de fabricación artesanal para la elaboración de harina de quinua. Y por lo cual la máquina debe cumplir ciertas especificaciones requeridas para obtener un producto de buena calidad y que cumpla con la norma establecida. Como segundo punto tenemos que conocer las especificaciones técnicas de un molino para la obtención de harina de quinua, para el tercer punto se procede a realizar un análisis funcional de la máquina para asi identificar los factores primarios y secundarios a considerar, los cuales se demuestran por medio de un diagrama, para luego llegar a determinar el proceso de la máquina trituradora de quinua con su respectiva solucion.

En este trabajo se describe el proceso para automatizar un molino artesanal de discos que será utilizado para producir harina de quinua y otras harinas similares que cumplan con requisitos de calidad. Se analizan los problemas que surgen cuando se muele quinua

con el molino artesanal. Mediante una revisión

bibliográfica apropiada se estudia la operación unitaria de la molienda, los factores que afectan a la molienda y así se determinan las variables a controlar y manipular con un

sistema automático. También se revisan los sistemas para el control

automático, sus partes y funcionamiento.

ABSTRACT The purpose of this project is to redesign and innovate, and also to look for suitable solutions, which is why several points are described that are fundamental to solve this project. For which we must take into account as the first point; Know the problem about the automation of an artisanal mill for the production of quinoa flour. And for which the machine must meet certain specifications required to obtain a product of good quality and that meets the established standard. As a second point we have to know the technical specifications of a mill for obtaining quinoa flour, for the third point we proceed to perform a functional analysis of the machine to identify the primary and secondary factors to be considered, which are demonstrated by half of a diagram, to then come to determine the process of the quinoa crushing machine with its respective solution. This paper describes the process to automate an artisanal disc mill that will be used to produce quinoa flour and other similar flours that meet quality requirements. The

problems that arise when milling quinoa with the artisanal mill are analyzed. By means of an appropriate bibliographic review, the unit operation of the grinding is studied, the factors that affect the milling and thus the variables to be controlled and manipulated with an automatic system are determined. The systems for automatic control, its parts and operation are also reviewed.

1. INTRODUCCIÓN

En las empresas cuando los procesos se llevan a cabo de una manera estandarizada, se vuelven más fáciles de realizar y generan resultados más efectivos. La automatización de empresas tiene el potencial de que los procesos se ejecutan sin problemas y el personal trabaja de manera más eficiente, los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema, este proceso es de gran importancia para una empresa ya que reduce personal y simplifica el trabajo, haciendo que los procesos industriales sean más rápidos y eficientes (Side, 2015).

Un sistema de automatización tiene como parte fundamental controlar, supervisar y a la vez proteger el proceso, teniendo como base una buena capacitación en el diseño y cálculo de los equipos se pueden llegar a realizar acciones de control en

poco tiempo, con gran exactitud y precisión. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales (Scada, 2018).

En el presente trabajo se da a conocer una propuesta para la elaboración de un sistema automatizado en el control de proceso de la harina de quinua (Quenopodium quínoa) en un molino y el objetivo sería automatizar el proceso y mejorar la calidad de elaboración del producto garantizando la calidad de diferentes productos elaborados con la harina de quinua (Side, 2015).

CAPÍTULO I CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1. Problematización 1.1. Diagnóstico En la producción artesanal de harinas de quinua se trabaja con molinos de muela superior movible (se encuentra casi de manera común en los hogares), lo cual ha llevado a tener problemas en la calidad, tiempo de producción con el agregado del agotamiento físico que conlleva la de hacer girar la manivela para realizar la molienda y no cumple con la norma establecida de la granulometría adecuada.

Para solucionar en parte se requiere recircular el molido varias veces, ajustando cada vez más los discos para disminuir el tamaño de la partícula. Cada vez que se

ajusta se requiere utilizar mayor energía para moler. Por estas causas, la fatiga del operario aumenta y la productividad disminuye con el tiempo.

Observamos en la molienda que no existe un 100% de homogeneidad en la harina, debido a que la distancia inicial es de 0.10 mm pero mediante el proceso se desajusta y pasa a 0.20 mm la distancia de los disco, la persona encargada de la molienda pesa 75 kg y ejerce una fuerza sobre la manivela de 30 kilogramos- fuerza dando el eje 26 vueltas por minuto con una producción de con 3 lapsos de descanso de 40 minutos.

Debemos buscar una solución que motive al productor a seguir en este negocio y a su vez nos elimine o disminuya de una forma drástica los problemas que se presentan, sabiendo que el productor cuenta con limitados recursos económicos con llevándonos esto a ajustar nuestra posible solución a ese límite.

1.2. Sistematización del problema

¿Cuál será la distancia de separación de los discos del molino adecuados para automatizar el mismo? ¿Qué caudal de alimentación de la quinua debe ingresar a la tolva para que mejore la eficiencia y productividad de la molienda? ¿Qué tipos de sensores deben colocarse en el molino de harina de quinua para conseguir la automatización del mismo?

1.3. Formulación

¿Cómo controlar de una forma automática la cantidad de quinua que ingresa a la tolva para mejorar eficiencia y productividad de la harina con una granulometría adecuada?

1.4. Justificación La falta de un molino artesanal con motor ocasiona a las personas que desempeñan las labores con esta herramienta agotamiento y muchas veces malestar debido a que deben buscar otras alternativas como por ejemplo la automatización del equipo para poder moler sus granos, estas alternativas muchas veces ocasionan desgaste físico debido ya que por falta de una tolva incluida en el molino las personas deben realizar el ingreso de granos al molino de una manera manual.

Por lo cual en el presente proyecto se busca plantear un sistema automático para la elaboración de “harina de Quinua” en un molino artesanal con la adaptación de un motor, Lo cual ayudará a brindar un producto de buena calidad y aprovechar al máximo el rendimiento de la máquina.

1.5. Objetivos 1.5.1. Objetivo general •

Diseñar un sistema de operación automático en un molino artesanal para

obtención de harina de quinua especificando las condiciones de molienda para mejorar la eficiencia y productividad del equipo.

1.5.2. Objetivos específicos ● Identificar las variables de control en el proceso de elaboración de harina de quinua ● Determinar los parámetros de operación para estandarizar el proceso de molienda.

● Escoger los equipos e instrumentos necesarios para automatizar. ● Estimar los costos del sistema de automatización. ● Describir el funcionamiento del sistema automático propuesto.

1.6. Variables controladas

● Controlar el caudal del grano de quinua que ingresa al molino. ● Separación (distancia entre los discos) de los discos en micras.

1.7. Variables manipuladas

● Ajustar la separación de los discos. ● Medir las revoluciones por minuto.

1.8. Hipótesis H0: Es posible controlar automáticamente la alimentación de la tolva para que la granulometría de la harina de quinua sea adecuada y cumpla con la norma.

H1: No es posible controlar automáticamente la alimentación de la tolva para que la granulometría de la harina de quinua sea adecuada y cumpla con la norma. .

1.9. Fundamentación teórica 1. 9.1. Características del molino

FUENTE: (Gómez L, 2016) DESCRIPCIÓN DEL MOLINO: Molino manual para granos maíz, café cereales y granos secos. Molino manual para nixtamal y varios tipos de granos. Para moler: queso, café cacao, arroz, trigo, maíz, nixtamal, granos secos, etc. ●

Con tolva baja y disco moledor

● Ideal para cereales y granos. Sólido y resistente ● Peso: 5Kg • ● Fácil de instalar ● Ideal para el hogar, ● Pieza ajustadora ● Manubrio con mango de madera ● fabricado en fierro vaciado ● Protección de base. Medidas: 48x34x15 cm ● discos de molienda en fierro de alta resistencia al desgaste con recubrimiento de estaño garantizado la higiene total de los alimentos procesados.

CAPITULO II FUNDAMENTACIÓN TEORICA DE LA INVESTIGACIÓN

2. Marco teórico

2.1.

Generalidades:

Desde que apareció la agricultura el ser humano buscó

las herramientas para

poder procesar los alimentos para tener variedad de productos, por ese motivo el ser humano ha visto la necesidad de ir descubriendo nuevas técnicas que facilite el trabajo.

Molino es una máquina que sirve para poder triturar un grano seco, y de esa manera obtener un producto para el consumo humano. El origen de los molinos se remonta a la edad de piedra o etapa lítica, porque los primeros molinos que aparecieron fueron los molinos de piedra que consistía en una piedra grande y una piedra pequeña para moler los granos de trigo. (Wales, 2006)

Los molinos más antiguos eran los molinos a mano, que se utilizaban para triturar los tubérculos, después el hombre vio la necesidad de seguir obteniendo derivados de los mismos , por ese motivo el ser humano empezó a triturar el trigo y por medio de morteros que consistía en chocar dos piedras para poder obtener la harina.

Con el pasar de los tiempos el molino fue cambiando rápidamente su estructura y la fuerza con la cual se producía la fricción, el uso del agua fue muy bien aprovechada para moler grano comenzó en Oriente Medio a principios del primer milenio A.C. El molino más antiguo descubierto fue griego, basado en los mismos principios que definió Arquímedes. Los romanos lo dieron a conocer por el Mediterráneo, aunque con muy poco éxito; durante siglos coexistió con los molinos domésticos, movidos por los animales, según se aprecia en las pinturas de Pompeya. (Wales, 2006)

2.2.

Principios de funcionamiento

El principio de funcionamiento de molino se basa básicamente en dos piedras circulares las cuales mediante la fuerza de la fricción se rozan las mismas produciendo el quiebre y la trituración de los alimentos colocados en las mismas, poseen un agujero en su interior el cual sirve para que se introducía la materia prima para su molienda. En ciertos casos podía regular el grosor con la subida y bajada de la rueda móvil. (Gálvez, 2002)

2.3.

Utilización

La perfecta utilización, y el conocimiento de los sistemas de transmisión son la base fundamental a lo largo del acoplamiento de un motor eléctrico a un molino casero sin perder en cuenta que con diferentes poleas, correas y bandas de rodamiento podemos ejercer un trabajo más eficiente.

El mundo globalizado en el que ahora se vive, la época de moler manualmente diferentes productos de la vida diaria ha quedado en el pasado con el aumento de la tecnología industrial y las nuevas industrias se han propuesto la utilización de nuevas innovaciones a lo largo de nuestras vidas como es el ejemplo de un molino eléctrico casero. (Gálvez, 2002)

2.4.

Tipos de molinos

2.4.1. Molinos de piedra Los molinos de piedra fueron los primeros que se utilizaron porque no requerían de energía hidráulica o eólica, este molino funcionaba con la presión que el ser humano ejercía sobre las dos piedras que tenían una contextura porosa, el grano se quedaba incrustado en los poros y de esa manera las piedras al momento de girar trituraban el grano, el grano ingresa a las piedras por un pequeño agujero que controlaba la cantidad de grano que debía ingresar, porque si ingresa gran cantidad de grano no se podía triturar porque la piedra al momento de girar se trababa lo que impedía que se continúe con el proceso de la molienda. (Corrales & Farinango, 2016)

2.4.2. Molino de piedra con motor Los molinos de piedra con motor son como los grandes molinos pero a pequeña escala, están compuestos por dos piedras, una es fija y la otra en movimiento que se la conoce como voladora, el grano entra a través de la tolva, mientras la piedra gira el grano va triturándose por la presión de las piedras, la harina sale por un borde del molino. (Corrales & Farinango, 2016) 2.4.3. Molino de rodillo

En el presente este es el tipo de molino más empleado. Se fundamentan en un par de rodillos que voltean en sentido inverso. Los dos rodillos trabajan totalmente con velocidades distintas, de forma que el primero sostiene el material mientras que el segundo lo moltura por la mezcla de efectos de corte y compresión. Estos rodillos son lisos cuando la fuerza predominante es la de compresión, al usarse rodillos con estrías, la fuerza de corte es más efectiva. 2.4.4. Molino de plato Denominados máquinas de discos, es una aplicación de las piedras de moler que se empleaban en la antigüedad. Esta máquina es efectiva para gramíneas con elevada humedad como el maíz. (Corrales & Farinango, 2016) 2.5.

Quinua

La quinua tiene casi todos los minerales en un nivel superior a los cereales, su contenido de hierro, que es dos veces más alto que el del trigo, tres veces más alto que el del arroz y llega casi al nivel del fríjol. La quinua supera los cereales en el contenido de las vitaminas B2, E y A, mientras el contenido de B3 es menor.

La proteína de la quinua es rica en histidina y lisina, aminoácidos limitantes en granos como los cereales para los requerimientos nutricionales humanos; lo anterior le confiere un alto valor nutritivo, aspecto que actualmente es atractivo para los mercados nacional e internacional. (NAVARRO, 2007) Quinua y su alto valor nutricional La quinua (Chenopodium quinoa willd) es un seudocereal o seudograno, que se utiliza para la alimentación animal, y puede ser consumida por humanos, pues tiene un alto valor nutricional, al contener 20 aminoácidos (incluyendo los 10 esenciales), y cuenta con 40 % más de lisina que la leche misma, por lo que es capaz de proveer de proteína de alta calidad al organismo, lo que la convierte en la más completa entre los cereales, de ahí que en este aspecto puede competir, incluso, con la proteína animal procedente de la carne, leche y huevos. Además, se describe que tiene un bajo nivel de grasa, en comparación a otros cereales, y no posee colesterol

El grano de quinua, de color blanco, gris o rosado, por su tamaño -menor que el de los cereales- (1,8 - 2,6 mm) se clasifica en grande (2.2-2.6 mm), medio (1.8- 2.1

mm) y pequeño (menor de 1.8 mm). Su pericarpio almacena un esteroide (saponina) que fluctúa entre el 0.06% y 5.1%, que le da sabor amargo, presenta cierta toxicidad. (31, 32). (HERNÁNDEZ, 2015) Cuadro 1.- Características físicas de granos de quinua.

Elaborado por: instituto ecuatoriano de normalización

Cuadro 2. Composición del valor nutritivo de la quinua en comparación con alimentos básicos (%) Componentes % Proteinas Grasas Hidratos de carbono Azucar Hierro Calorias 100g

Quinua

Carne

Huevo

Queso

13.00 6.10 71.00

30.00 50.00

14.00 3.20

18.00

5.20 350

2.20 431

3.20 200

24

Leche vacuna 3.50 3.50

Leche humana 1.80 3.50

4.70 2.50 60

7.50 80

Elaborado por: Instituto ecuatoriano de normalización

Cuadro 3. Contenido de vitaminas en el grano de quinua (mg/100 g de materia seca)

Elaborado por: instituto ecuatoriano de normalización

2.6.

Producción y consumo de quinua

Para comprender los sistemas de producción de la quinua es conveniente tener en consideración su capacidad de adaptación y amplia distribución debido a las diferentes condiciones de clima y suelo en las zonas agroecológicas donde se cultiva. En el Perú se cultiva desde el nivel del mar hasta los 3900 metros de altitud, estando la mayor área ubicada entre los 2500 y los 3900 msnm, en microclimas diversos pero en general, en un clima templado a frío con heladas frecuentes y con dependencia de las precipitaciones pluviales. (SOTO, 2015)

2.7.

Procesos fisicoquímicos de la harina de quinua.

La quinua contiene en promedio 16,2% de proteína, un nivel muy superior al que representa el trigo (14%), el maíz (9,9%) y el arroz (7,5%), por citar sólo los cereales más conocidos. Algunas variedades de esta semilla, llegan incluso a tener 20% de proteína. Otra característica que resalta a este grano en comparación a otros granos tradicionales, es el valor biológico de sus proteínas.

La razón que explica el elevado valor biológico que tiene la quinua, tiene que ver con la equilibrada composición de aminoácidos esenciales que posee. Los cereales considerados como "clásicos", carecen de suficiente lisina, metionina y cisteína, sustancias que se presentan en mayor cantidad en la quinua.

Como virtudes conexas también se menciona la carencia en grasas y la riqueza en hierro, calcio, fósforo, fibra y vitamina E, que tiene la quinua con respecto a otros cereales y legumbres. (JIMÉNEZ, ARMADA, & GÓMEZ, 2013)

2.8.

Composición química:

La quinua se denomina pseudocereal por su alto contenido de carbohidratos, principalmente de almidón (50- 60%) que hace que se emplee como un cereal; sin embargo, normalmente su grasa es más alta que la de estos y su proteína mayor. Se considera libre de gluten porque su proteína está conformada principalmente por albúminas y globulinas solubles en agua o soluciones salinas débiles, lo que dificulta su uso en la panificación, pero puede ser útil para alérgicos al gluten.

La calidad de la proteína está determinada por la cantidad de aminoácidos esenciales y por su digestibilidad que se aproxima al 80%; los valores máximos para este parámetro, cercanos al 100% son para la carne y la leche. El valor calórico es mayor que otras cereales, tanto en grano y en harina alcanza a 350 Cal/100gr, que la caracteriza como un alimento apropiado para zonas y épocas frías. La proteína de la Quinua ayuda al desarrollo y crecimiento del organismo, conserva el calor del organismo y energía del cuerpo, es fácil de digerir, forma una dieta completa y balanceada. La composición de aminoácidos esenciales, le confiere un valor biológico comparable solo con la leche, el huevo y la menestra, constituyéndose por lo tanto en uno de los granos más completos de la de zona Andina. 2.9.

Componentes de la harina de Quinua

2.9.1. Proteína La proteína de la quinua contiene la mayoría de los aminoácidos esenciales y es de fácil absorción, esto permite que las personas que la consumen a diario obtengan beneficio en la salud porque le aporta la mayoría de los nutrientes necesarios para una buena nutrición (Villacrés., et al 2011; García, 2011; Padron, Oropeza y Montes, 2014; Bazile, 2014).

La quinua presenta 10 aminoácidos esenciales como histidina, treonina, arginina, valina, metionina, isoleucina, leucina, fenilalanina, lisina y triptófano esenciales para una buena salud (Viteri y Ramírez, 2015; Gómez y Eguíluz, 2011; Romo., et al 2006).

Cuadro 4. Contenido aminoácidos de quinua

Fuente: (Callisaya Aroa,2011;Romo,Rosero,Clara, y Ceron,2006)

2.9.2. Fibra La fibra proporciona buena digestión que permite hacer un barrido intestinal y sirve de alimento para las bacterias benéficas del intestino que ayudan a absorber los nutrientes. La quinua contiene 4.5% de fibra que comparada con otros cereales el porcentaje es de buena aceptación, como ejemplos el arroz contiene 6.4%, la cebada 4.4%, el maíz 2.3% y el trigo 2.8% aproximadamente.

2.9.3. Minerales La quinua contiene minerales como el magnesio, calcio, fósforo, entre otros. Los minerales le dan una excelente calidad nutricional con beneficios para la salud,La quinua supera al frijol en contenido de Ca, Fe, Mg, Cu y Mn, su contenido de hierro es superior al de la cebada, trigo, arroz y maíz.

Cuadro 5. Contenido mineral del grano de quinua dentro de amplio rango de variabilidad

Fuente: (Romo et al., 2006;Palacios,2014;Gomez y Eguiluz, 2011)

En minerales la quinua presenta un contenido alto en calcio que supera el trigo (50.0 mg/100g), potasio, magnesio, hierro que comparado con otros cereales como el arroz, cebada, maíz etc., los supera en contenido o en algunos casos es muy similar.

2.9.4. Vitaminas Las vitaminas en la quinua se suman a la alta calidad nutricional que le caracterizan y que se mantienen incluso al someterla a altas temperaturas.

Cuadro 6. Contenido de vitaminas presentes en la quinua

Fuente: (Romo et al ., 2006; Tello, 2009)

La quinua es buena fuente de vitaminas, en comparación con otros alimentos como el frijol y la papa por cuanto contiene Riboflavina, alfa tocoferol y carotenos.

2.10. Operación unitaria de la quinua.

2.10.1.

Molienda:

El objetivo de la molienda es convertir los granos de quinua procesada en harina que puede ser empleada en panadería, galletería, fidería, pastelería, etc. y los subproductos obtenidos que son empleados en la alimentación animal. Antes de procederse a la molienda, el grano debe pasar por una limpieza para eliminar impurezas, tales como polvo, residuos vegetales, partículas extrañas, entre otros. Luego el grano debe ser acondicionado, en caso sea necesario, para que tenga la humedad adecuada para la molienda, esto es 14% como máximo. El acondicionado puede efectuarse mediante un secado o un tostado. (CUZCO, 1997) Mediante el acondicionado se simplifica la operación de la molienda, facilitando la extracción del salvado, y mejorando la calidad panadera de la harina, entre los tipos de molino más usados a nivel rural tenemos: molinos de piedra y molinos de martillo y a nivel industrial se usan también molinos de discos. La textura del producto según el molino del cual proviene, la harina de quinua obtenida es más fina y uniforme en comparación con la harina de quinua tostada obtenida con el molino de discos que presenta 40% de partículas gruesas (2 mm), 33% de partículas medios (1 mm) y 27% de partículas finas. Este perfil permite su uso en sopas y bebidas. No se aconseja para panificación porque las partículas gruesas no permiten obtener masas uniformes, y afectan la presentación del producto final. (CUZCO, 1997)

2.10.2.

Granulometría de la harina de quinua

Se denomina distribución granulométrica de un material a la división del mismo en diferentes fracciones, seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracteriza porque su

tamaño se encuentra

comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que le sigue correlativamente. (ARAUJO, 2000)

2.10.3.

Métodos de determinación granulométrico

Método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado a modo de coladores que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño (también se pueden utilizar los rayos gamma obs). El grano de quinua, de color blanco, gris o rosado, por su tamaño -menor que el de los cereales- (1,8 - 2,6 mm) se clasifica en grande (2.2-2.6 mm), medio (1.8- 2.1 mm) y pequeño (menor de 1.8 mm). Su pericarpio almacena un esteroide (saponina) que fluctúa entre el 0.06% y 5.1%, que le da sabor amargo, presenta cierta toxicidad. (31, 32). (ARAUJO, 2000)

2.10.4.

NORMAS INTERNACIONALES PARA LA QUINUA

En los países de mayor producción de quinua se elaboraron normas de calidad, por ejemplo, Bolivia cuenta con tres Normas Técnicas Andinas (granos de quinua, hojuelas y harina de quinua) (Norma Boliviana, 2007).

Cuadro 7. Normas internacionales de la quinua. País Bolivia

Perú

Ecuador argentina

Entidad IBNORCA (Instituto boliviano de normalización y Calidad INDECOPI (Instituto nacional de defensa de la competencia y de la protección de la propiedad intelectual) INEN (Instituto Ecuatoria de Normalización) IRAM (Instituto argentino y certificación)

Elaborado por: Instituto de normalización

2.11. Requisitos fisicoquímicos de la quinua

En los requisitos físico-químicos tienen establecido un parámetro de nivel de saponinas, mientras que Ecuador y Argentina no lo tienen establecido. En la norma de Argentina no se tienen establecidos contenidos de grasa, carbohidratos y fibra. Tabla 1. Requisitos fisicoquímicos de la quinua. composición Requisitos (%) Perú Ecuador Bolivia Proteínas Min. 10 10 min Min. 10 Grasas

Min. 4.0

Min. 4.0

-

Carbohidratos Min.65

Min. 65

Min .65

-

Fibra

Min.3.0

Min. 3.0

-

Ceniza

Max. 3.5

¤ Min. 3.0 Max.3.5

3.5

13.5

13.5

0.12

-

humedad Saponinas (mg/100g)

Min. 4.0

Argentina 10

Max. 3.5 Max. Max. 13.5 13.5 ausencia -

Elaborado por: Instituto de normalización

2.12. Evaluación de calidad de los granos de quinua Tabla 2. Calidad de los granos de quinua Grado1 min 96

Grado2 max

Grado3 min 90

caracteristica Granos enteros

unidad %

Granos quebrados Granos dañados Granos de color Granos germinados Granos recubiertos Granos inmaduros Impureza totales Piedrecillas en 100g Insectos internos (enteros partes)

%

1.5

2.0

3.0

%

1.0

2.5

3.0

%

1.0

2.0

3.0

%

0.15

0.25

0.3

%

0.25

0.30

0.35

%

0.5

0.7

0.9

%

0.25

0.30

0.35

%

ausencia

Ausencia

ausencia

%

ausencia

ausencia

ausencia

Fuente: (NTP,2009:NTB,2007:INEN,2013:Valdivia,Soto,y Solano,2013)

2.13. Clasificación de los granos de quinua

Max

min 86

max

Tabla 3. Clasificación del tamaño de los granos de quinua

Fuente: (NTP,2009;NTB,2007;INEN,2013;Bergese et al ,.2015)

2.14. Requisitos microbiológicos de la quinua Los granos de quinua como cereal deben cumplir con los requisitos microbiológicos de calidad que se describen a continuación:

Tabla 4. Parámetros microbiológicos de la quinua

Fuente: (NTP,2009;NTB,2007:INEN,2013)

2.15. Análisis fisicoquímico de harina de quinua en la elaboración de algunos productos relacionados Tabla 5.

Fuente:Garcia,2011;Mosquera,2009;Mora,2012;Diaz,2013; NTP,2009;NTB,0038,2007;INEN,2013;Icontec.org.2014

2.16. Elementos de control

Sensor: Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica, una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor). (MUÑOZ, 2001) Existen gran cantidad de sensores para medidas de todo tipo y por tanto, se pueden clasificar de muchas formas distintas: Según el tipo de salida que proporcionan: ● Analógicos: Entregan una salida de nivel variable en función del parámetro que midan, por ejemplo, un sensor de temperatura de -20º a +50º con salida 0-10V ● Binarios: Entregan un nivel ‘todo’ o ‘nada’ (1/0), por ejemplo el estado de una puerta (abierta/cerrada). ● Digitales: Dan la información relativa a la medida con un protocolo de comunicaciones específico que el fabricante facilita: por ejemplo el sensor de temperatura y humedad. Según su estructura interna, tipo de sensor: ●

Pasivos: No precisan de alimentación: Resistencias que cambian de valor según luz o temperatura.

●

Activos: Tienen circuitos electrónicos que alimentar y necesitan una fuente de energía.

Según el tipo de parámetros que son capaces de detectar: ● Mecánicos: Detectan parámetros relacionados con acciones mecánicas, contactos, aceleración, etc. ● Ambientales: Medidas de temperatura, humedad, pluviometría, velocidad del viento, etc

● Químicos: Niveles de CO2, niveles de oxígeno, contaminación en el aire, azúcar en sangre, etc. (MUÑOZ, 2001) Los actuadores: son dispositivos que siguiendo las órdenes del sistema de control, realizan acciones que repercuten en el mundo ‘real’, por ejemplo: motores, relés, pistones, válvulas, indicadores luminosos, etc. Es conveniente aclarar que en muchos casos el actuador es un dispositivo que pone en marcha alguno de estos equipos. El sistema de control recibe información del entorno sobre el que queremos realizar algún tipo de acción por medio de los sensores, esta información aporta datos para que el ‘controlador’ decida si hay que realizar alguna acción, si es así, esta acción se lleva a cabo por un actuador que tiene capacidad para provocarla Transductores de Corriente: Los transductores directamente conectados a las líneas secundarias de un transformador de corriente, dan una salida de corriente continua, la cual es una función lineal de la cantidad de corriente de entrada. Amperímetro Digital: Instrumento digital diseñado para medir y presentar en forma digital la corriente eléctrica de un equipo. Es importante tener la corriente adecuada para la cual fueron diseñados los diferentes dispositivos conectados al sistema. Salirse de éste rango de operación puede ser motivo de deterioro de los mismos. (MUÑOZ, 2001)

Teoría de la potencia en equipos de trituración La trituración es un proceso muy ineficaz por lo que es importante que la energía utilizada en el proceso se aproveche al máximo. En general, se acepta que muy poca de la energía consumida por una instalación de desintegración se utiliza para la operación de ruptura por ello se conocen dos tipos de rendimiento que son: Rendimiento Mecánico: es la fracción de la energía total del motor de la máquina de trituración perdido por efecto del calor por roce en los cojinetes de la máquina, por las partes en movimiento, etc. Rendimiento de Trituración: es la relación entre la energía superficial creada por trituración y la energía absorbida por el sólido, es decir, cuanta de la energía de

tensión fue utilizada para fracturar el sólido y crear la nueva área superficial. (MUÑOZ, 2001) 2.17. Cálculos en la teoría de la molienda En los procesos de transformación de materias primas y productos de las agras industrias, química y mineras, generalmente se requiere un acondicionamiento del tamaño de partículas, para la continuación de un proceso productivo o como producto final para la venta en el mercado. El término reducción de tamaño se aplica a todas las formas en las que las partículas de sólidos se pueden cortar o romper en piezas más pequeñas. (LEON, 2004) 

Leyes de la Desintegración

Las principales leyes que rigen estos procesos son la Teoría de Rittinger, Teoría de Kick, y la Teoría de Bond. 

Ley de Kick:

Esta teoría está enfocada en que la energía o el trabajo necesario para moler una partícula es proporcional a su peso o volumen, y por lo tanto sería proporcional al cubo del diámetro de la partícula considerándola una esfera perfecta. La unidad de medida de Kick se conoce por "unidad de energía" ( E.U. de unidad de energía). Ambas teorías han ganado adeptos entre los expertos en trituración, tratando de demostrar que una u otra predomina, pero lamentablemente todas estas demostraciones se han hecho a nivel de laboratorio, con molinos muy pequeños, con materiales homogéneos y de granulometría particular, por lo tanto es muy difícil hacer una extrapolación a nivel industrial de los resultados que se obtienen en estas pruebas.La energíanecesaria para reducir el tamaño de partícula desde su valor inicial (D1) hasta el final (D2) está relacionada logarítmicamente con la reducción de tamaños (D1/D2) producida. (SENITERRA, 2003) 𝐷

Ley de Kick (n =1) E=c × ln 𝐷1 2



Teoría de Rittinger:

"La consecuencia de la trituración de una materia es la aparición de nuevas superficies libres, y esto se consigue venciendo entre otras resistencias la fuerza de cohesión. Si la fractura crea nuevas superficies consumiendo energía, el principio de conservación de ésta obliga a admitir que existe una energía de superficie, consecuencia de la cual sería la fuerza de cohesión. En la práctica se requiere una energía mucho mayor a la requerida para crear una nueva superficie, por esta razón la ecuación de Rittinger es una buena aproximación cuando se genera una alta superficie, es decir cuando se realiza una molienda muy fina del material.

materiales quebradizos con pequeño tamaño de partícula de cuerpos quebradizos. 1

E= C’[ -

Ley de Rittinger (n=2)

1

𝐷2 𝐷1

]

E= C’(𝐷𝐷 − 𝐷𝐷 ) 

Ley de Bond

ha salido la tercera teoría de trituración propuesta por Fred Bond de Allis Chalmers, donde especifica que el trabajo requerido para romper una roca es el que justamente se necesita para sobrepasar su deformación crítica y que aparezcan las grietas de fractura, las cuales se producirían como consecución sin requerimiento de energía y cuando cesa la acción, la mayor parte del trabajo aplicado se convierte en calor. (Filippov, 2018)

W=

𝐷𝐷 (100)′ 0.5 𝐷′0.5−1 𝐷𝐷

𝐷′0.5

Kw-h/ton

Donde, Lf =es el tamaño del producto molido o final en micrones r = es el cociente de desintegración ( Li/Lf ) Li = es el tamaño inicial del producto Wi = es el índice de trabajo o constante de energía definida como el número de kilowatios-hora Control del Tamaño

La utilidad de un producto finamente molido depende de su grado de subdivisión y la distribución por tamaño de sus partículas, y éstas queden divididas en dos tamaños diferentes. (SENITERRA, 2003) 

Diferencia entre Trituración y Molienda

El concepto de desintegración de sólidos está dividido en dos grandes grupos que se diferencian por: la naturaleza del material alimentado, el tamaño y la reducción que logre alcanzarse al final de la operación; de esta manera tenemos: Trituración (chancado, quebrantado o machacado) y Molienda. Trituración Se denomina reducción basta o grosera de tamaños y se clasifica en primaria, que puede trabajar con quebrantadores de mandíbula para materiales duros y secundarios, o de grados intermedios de subdivisión con producción de finos limitada para materiales blandos. 

Molienda

Abarca tanto la desintegración como la pulverización fina de la subdivisión intermedia a partículas pequeñas. La diferencia está en la homogeneidad física del material manejado. La desintegración se refiere a la reducción del tamaño de agregado de partículas blandas débilmente ligadas entre sí y no se produce cambio alguno en el tamaño de las partículas fundamentales de la masa. Los equipos que hacen el trabajo de molienda pueden llegar a tocarse y, el único medio que evita que se toquen es el material a moler, tanto en molienda seca como en molienda húmeda. (ARANDA, 2016) CARACTERÍSTICAS DE MOLIENDA HÚMEDA Y SECA DE LA QUINOA

MOLIENDA HÚMEDA

MOLIENDA SECA

Requiere menos potencia por tonelada Requiere tratada. tratada.

más

potencia

por

tonelada

No requiere equipos adicionales para el Si requiere equipos adicionales para el tratamiento de polvos. tratamiento de polvos.

Consume corrosión)

más

revestimiento

(por Consume menos revestimiento.

Fuente: (HINOJOSA, 2013)

2.18. Finura de la Molienda La finura de la molienda está dada de acuerdo al tamaño del agujero de la criba y a su vez, al tamaño de la malla que se utiliza para el tamizado de la primera bandeja. Depende particularmente del tipo de materia prima que se esté utilizando, de acuerdo a la materia sería los cambios de la criba y mallas, para obtener un mayor o menor micraje. Básicamente es obtener dos micras distintas que no conlleven a que el producto pierda sus características organolépticas y se proceda al desecho de la misma. (SENITERRA, 2003)

2.19. Sistemas de transmisión de potencia Para poder transmitir la potencia desde una fuente motriz generadora hacia otro dispositivo

o

máquina

existe

un

mecanismo

formado

por

varios

elementos al cual se le denomina sistema de transmisión de potencia. Existen diversas formas; sin embargo, en la mayoría de los casos, la transmisión se realiza a través de elementos rotantes. La expresión más simple de la transmisión de potencia es a través de la Rotación de un eje motriz a un eje conducido, aumentando o disminuyendo su velocidad de éste. (LUJAN, 2012)

Los mecanismos de

transmisión de

potencia

son muy

utilizados

en la

industria para la transmisión de energía mecánica entre un elemento al que llamaremos motriz hacia otro elemento que llamaremos conducido que, a su vez, acciona un dispositivo. El elemento motriz es un mecanismo que puede ser activado mediante energía eléctrica, hidráulica, mecánica, etc. 2.20. Tipos de mecanismos para la transmisión de potencia: 

Bandas, correas

o

fajas

poleas ensambladas, este

y

poleas: Está conformado por

mecanismo

se

utiliza

dos

generalmente entre

ejes paralelos separados por una distancia significativa. Se compone como mínimo de 2 poleas, una conductora y una conducida unidas mediante una banda, correa o faja.



Cadenas y ruedas dentadas: El sistema de transmisión por cadenas consta de dos ruedas de cadena montadas cada una en su respectivo eje, y unidas por una cadena. La rueda pequeña por lo general transmite el movimiento a la más grande. El ejemplo más sencillo es el sistema de transmisión de una bicicleta o de una moto.



Engranajes: El sistema de transmisión por engranajes se conforma por

Ruedas dentadas que van montadas sobre sus respectivos ejes y que engranan entre sí para producir el movimiento entre ellas y de esta manera transmitir la potencia del eje motriz al eje conducido. (LUJAN, 2012)

2.21. Características de un motor eléctrico.

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión: •

A igual potencia su tamaño y peso son más reducidos.

•

Se puede construir de cualquier tamaño.

•

Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente

constante. •

Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80%, aumentando el

mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). •

La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles

pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica (Hidalgo, (2003).

Como limitante visible es el contraste de perímetros del fruto por lo cual se estudiará una sola clase de maní y se estandariza su medida diametral para que el diseño pueda mecanizar el mayor número de frutos existentes en el mercado. Por otra parte, la máquina no va ser diseñada para una producción, podría llegar a algunas, micro o pequeñas empresas.

Fuente:( Hidalgo,2013)



Reductor de revoluciones

Esta adaptación se realiza generalmente con uno o varios pares de engranajes que adaptan la velocidad y potencia mecánica montados en un cuerpo compacto denominado reductor de velocidad aunque en algunos países hispanoparlantes también se le denomina caja reductora .El mecanismo que consiste, generalmente, en un grupo de engranajes, con el que se consigue mantener la velocidad de salida en un régimen cercano al ideal para el funcionamiento del generador (Harper, (2005).

Fuente:(Harper, (2005).



Cálculos de las revoluciones

Para el cálculo de la revoluciones se cuenta con un motor 1HP a 1720 rpm la cual cuenta con un reductor de revoluciones que conduce a la rueda conductora con 240 rpm con un diámetro de 10 cm. La cual se procederá a calcular las revoluciones dadas por la rueda conducida que cuenta con un diámetro de 25 cm.

Fuente:(Harper, (2005).

D1*N1=D2*N2 N2= 2400/25= 96 rpm Como se observa las rpm determinadas se establecieron a 96 rpm con las rpm de la rueda conductora hacia la rueda conducida con un diámetro de 25 cm, conducidas mediante una banda de caucho capaz de suceder la potencia del motor.

Determinación de la potencia del motor

Para establecer este parámetro, si bien existen varias leyes o lineamientos que dan un valor aproximado de este parámetro, para el caso en cuestión se recurre a la ecuación de Rittinger de molienda que proporciona una buena aproximación del parámetro en medición en molienda finas y que no sobrepasan las 10 ton/h, la ventaja del uso de esta ecuación es que considera los diámetros inicial y final de las partículas a ser molidas, así se tiene:

Ecuación Rittinger

P= potencia del motor (HP) C= capacidad de la molienda Kr

=

Constante de Rittinger (HP-cm/Ton-h), tiene un valor de 1.28, para este caso.

(Fundamento de operación con sólidos). D1= Diámetro del grano antes de la molienda (cm) D2= Diámetro después de la molienda (cm) el requerido es de 0,0212 cm

𝑃/0.06𝑇𝑜𝑛 ∗ ℎ = 1.28𝐻𝑃 ∗ 𝑐𝑚/𝑇𝑜𝑛/ℎ(1/0.26 − 1/0,0212) Con esta ecuación se pretende obtener la potencia del motor con respecto a la cantidad que se produce a 0.06 toneladas/h (60 kg/h). P= 0.98 = 1 HP Con la que se selecciona un motor de 1 HP, de 1720 rpm.

2.22. Elementos importantes en la molienda

Existe una serie de elementos importantes que influyen en la molienda de los materiales. Estos son:

● Velocidad Crítica. ● Relaciones entre los elementos variables del molino.

Velocidad Crítica La velocidad crítica es aquella que hace que la fuerza centrífuga que actúa sobre los elementos moledores, equilibre el peso de los mismos en cada instante. Cuando

esto ocurre, los elementos moledores quedan “pegados” a las paredes internas del molino y no ejercen la fuerza de rozamiento necesaria sobre el material para producir la molienda. El molino, entonces, deberá trabajar a velocidades inferiores a la crítica. “La velocidad crítica es función de la inversa de la raíz cuadrada del diámetro del molino” (INDUAL, 2015).

2.23. Relaciones entre los elementos variables del molino El diámetro del molino, su velocidad, y el diámetro de los elementos moledores son los elementos variables del proceso. Teniendo en cuenta que en la molienda se emplean elementos moledores de distintos tamaños, las relaciones entre los elementos variables (INDUAL, 2015).

CAPITULO III METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN

3. Metodología 3.1.

Localización

El presente experimento se llevó a cabo en las instalaciones de la finca experimental “La María” de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, situada en el km 7 de la Vía Quevedo-El Empalme, Cantón Mocache, Provincia de Los Ríos. Se encuentra entre las coordenadas geográficas de 01º 0’ 06’ de latitud Sur y 79º 29’ de longitud Oeste. A una altura de 73 msnm, ubicada en zona bosque húmedo tropical (Bht) con una temperatura media de 25-47 °C. Mapa (Google)

Ilustración 1. Ubicación de la finca experimental “La María”.

Fuente: (Mapa Google, 2019).

3.2.

Enfoque

Para el desarrollo de los objetivos del proyecto es necesario realizar cálculos y aplicar modelos matemáticos referentes al tema, que serán retroalimentados por medio de experimentación para llegar así al diseño más óptimo. De acuerdo con las políticas establecidas por la universidad el enfoque de la investigación es Empíricoanalítico. El enfoque que se va hacer para la realización del sistema de dosificación es cuantitativo, ya que se tomara notas de los tiempos en que la tolva se vacía; cantidad de grano que se dosifica. También se tomará nota de los incidentes ocurridos en determinados tiempos.

3.3. 

Modalidad y tipo de investigación

Campo: La investigación se realizará en el lugar donde se produce los incidentes o los problemas durante el tiempo de proceso y tomar la información requerida.

 Documental: Se tomará nota de los documentos virtuales y libros de la biblioteca; para saber qué sistema automático se implementaría y modelos matemáticos que se integrará al proyecto. 

Bibliográfica: para la corrección o solución del problema se necesitará investigar la forma de instalación del sistema automático de los equipos como sensores, etc.



Históricos: se tomará nota de los históricos de las acerías del molino, los tiempos de vaciado de la tolva, etc.

3.4. 

Tipos de investigación

Experimental: La investigación que se realizó es de tipo experimental que contribuye a la línea de investigación de la automatización del molino.



Exploratoria: Mediante la investigación bibliográfica me hemos acercado al problema, para una mejor comprensión.



Descriptivo: los datos obtenidos, ya sea de Históricos o por consultas Bibliográficas, servirá para analizar y solucionar el problema.



Correlacionar: para la propuesta de solución del problema, se relacionarán las variables de la hipótesis.



Explicativo: con los datos recolectados se analizará y se dará una explicación del fenómeno, para así dar una propuesta al problema de investigación.

3.5. 

Población y muestra

Población Las máquinas que se utilizan para el molido de granos.



Muestra Específicamente se tomará todo el énfasis en la máquina a ser estudiada.

3.6.

Técnicas e instrumentos de recolección de información

Observación La observación consiste en poner atención, a través de los sentidos, en un aspecto de la realidad y en recoger datos para su posterior análisis e interpretación sobre la base de un marco teórico, que permita llegar a conclusiones y tomar decisiones. En este sentido, esta técnica permite tener un enfoque general en cuanto a la problemática de estudio; además es importante mencionar que se utiliza el tipo de observación directa puesto que se está en contacto personal con el objeto de estudio.

3.7.

Materiales y Métodos.

● Materia prima (Quinua)

● balanza analítica ● molino casero 3.8.

Procedimiento.

● Buscamos mediante contactos un microempresario que se dedique a la producción de harina de quinua y el cual tuviera inconformidad con su proceso de molienda. ● Pedimos una descripción verbal sobres sus inconformidades. ● hicimos una revisión del estado del molino y de cómo se realiza el proceso de molienda. ● Estudiamos el proceso, experimentamos y determinamos cuales son nuestras variables a controlar y las variables a manipular. ● Le planteamos al microempresario nuestro diseño de proceso el cual cumplió sus expectativas productividad.

y resolvió los

problemas de la máquina y

mejoró su

3.9.

Diagrama de bloque del estado actual del molino para la obtención de harina de Quinua

Fuente: Autores

3.10. Tratamientos y modelo matemático del experimento Variables controladas

● Controlar el caudal del grano de quinua que ingresa al molino. ● Separación (distancia entre los discos) de los discos en micras.

Variables manipuladas ● Ajustar la separación de los discos. ● Medir las revoluciones por minuto.

CAPITULO IV RESULTADOS

4. Resultados En el proceso de automatizar el molino tradicional realizamos unas series de procedimientos y formulaciones que describiremos a continuación.

4.1. Características del molino diseñado Tipo de molino

Molino marca Corona elaborar harina de Quinua

Capacidad del molino

14 kg x h

Potencia del motor del molino

1 HP. 110v-220v

Velocidad del motor

1720 rpm.

Diámetro de la polea del motor 24 cm

180 rpm 4.2.

Velocidad requerida en el molino

Reductor de revoluciones Modelo Básico de acoplamiento directo al motor

180 rpm

Granulometría inicial

< 2.12 mm

Espacio los discos

2 mm.

Para

Granulometría final

< 212 µm

ELABORADO POR: AUTORES

4.3.

Análisis de las propiedades físicas químicas del proceso



Viscosidad

Para la determinación de viscosidad se utiliza un viscosímetro Brookfield, nos indica Min 90–Max 120 Poises Brookfield.



pH

Para la determinación del potencial de hidrógeno se utiliza un pH-metro: el cual es un equipo con electrodos, con una escala potencio métrica que nos indica que el pH es de 4.91.

4.4.

Procedimiento:

● En primera instancia se conectó el potenciómetro. ● Se utiliza 10 g muestra en 50 ml de agua destilada. Luego se determina con el pH metro. 

Ceniza:

La determinación de cenizas es referida como el análisis de residuos inorgánicos que quedan después de la ignición u oxidación completa de la materia orgánica de un alimento.

%𝐶 =

20.6349 − 205963 × 100 = 1.92% 2.0103

CAPITULO V PROPUESTA DE DISEÑO

5. Propuesta del diseño MOLINO ARTESANAL AUTOMATIZADO

ELABORADO POR: AUTORES

5.1.

Partes del molino automatizado

1. Tolva 2. Cuerpo del tornillo sin fin 3. Graduador de discos 4. Discos 5. Polea 6. Banda transmisora 7. Rueda conductora menor 8. Motor 9. Mesa

10. Sensor de peso 11. Actuador 12. Interruptor Esta máquina tiene una capacidad de producción promedio de 14 Kg, siendo capaz de producir la harina de quinua de forma más rápida aproximado por 2 min. Eléctricamente tiene una alimentación trifásica de 220 voltios y un consumo promedio de corriente de 8.5 amperios. Está fabricada en su mayoría con acero inoxidable, montaje que hacen sencilla su limpieza, a. Viene equipada con una tolva de 14 kg de capacidad. El molino trabaja 180 rpm. El molino de discos dio mayor rendimiento y las pérdidas fueron bajas (1.6%), al parecer ocasionadas porque en el tornillo sinfín queda grano que no alcanza a llegar a los discos o porque algunas partículas no son conducidas hasta el recipiente donde se recolecta el producto final o caen al suelo.

5.2.

Diagrama simplificado de la máquina

Fuente: Autore

5.3.

Automatización de la operación del molino

La automatización del molino tradicional se realizó de la siguiente manera: 1. Se construye una mesa de metal resistente para soporte del motor y el peso del molino con la cantidad de producto para pasar por el proceso de molienda. 2. se coloca el motor, con las poleas una en el eje del motor y otra en el eje del tornillo sin fin del molino ambas ya calibradas y la banda correspondiente. 3. se calibra el espacio de separación entre los discos (separación ideal ya establecida). 4. se coloca un interruptor para el encendido y apagado de la maquina 5. se coloca un actuador para las acciones de pase de energía del motor. 6. Entre el cuerpo del molino se pone un sensor de peso para la activación del motor. 7. En entrada al tanque de recepción se coloca una malla que ayude con el control de impurezas. 

Manual de operaciones

a) Características:  El molino está sujeto a una base de metal acero inoxidable para evitar movimientos no deseados  Tendrá adaptado un sensor de peso para la activación del motor.  Los discos estarán sujetos a una medida fija, lo cual hará que el producto final sea de una misma granulometría deseada

b) Encendido y apagado Mediante un interruptor se prende y se apaga la maquina cuya función es mandar la señal para que el molino ejecute su función.

c) Operación. Importante: cuando use por primera vez el molino, debe moler por lo menos 0.5 kg de quinua de desperdicio para remover cualquier partícula extraña. El procedimiento normal de operación del molino Es el siguiente: 1.- encienda la maquina (apague y desconecte el equipo cuando no esté en uso). 2.coloque el producto sobre la tolva 3.- esperar la molienda del producto (no utilice las manos, dedos u objetos extraños para empujar el producto). d) Mantenimiento y limpieza. 

Mantenimiento

Siempre desconecte la máquina de la energía eléctrica antes de ejecutar cualquier tipo de servicio o mantenimiento. 1.- el sistema de transmisión de este molino este sellado y solo le debe dar servicio un técnico especializado 2.-el aceite de transmisión se debe cambiar por lo menos cada dos años de operación. 3.- partes que debe tener cuidado de revisar y/0 reemplazar debido a que están sujetas a desgaste: 

Limpieza

¡Precaución! Siempre desconecte el equipo de la energía eléctrica antes de dar servicio o limpieza. Para la limpieza diaria, se recomienda seguir estos pasos: 1.- desensamble los componentes principales. 2.- lave todos los componentes principales con agua y jabón. 3.- enjuague, seque e inspeccione todos los componentes, poniendo especial atención en desgaste y filos. 4.- para limpiar el molino que está sujeto a la mesa de aluminio, use un trapo húmedo y jabón (no lavar a chorro de agua o sumergirlo) y enjuague con un trapo húmedo y seque. ¡Nunca utilice limpiadores con cloro, así como vinagre o ácidos (como por ejemplo el ácido cítrico, cloralex, etc.) ¡Ya que pueden afectar la capa protectora del acero inoxidable y generar oxidación!

5.- vuelva a ensamblar tomando la precaución de alinear el perno del cabezal con la muesca del cedazo.

Elaborado por: Autores

Flujograma de la obtención de harina de quinua con el molino ya automatizado

5.4.

Cálculos de las revoluciones

Para el cálculo de la revolución se cuenta con un motor 1/2HP a 1720 rpm la cual cuenta con un reductor de revoluciones que conduce a la rueda conductora con 261 rpm con un diámetro de 4 cm. La cual se procederá a calcular las revoluciones dadas por la rueda conducida que cuenta con un diámetro de 24 cm.

Diámetro