UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA,

ELECTRÓNICA Y SISTEMAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

“DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINA ESCARIFICADORA DE QUINUA PARA LOS

PEQUEÑOS Y MEDIANOS PRODUCTORES DE LA REGION PUNO”

Indice

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1

1.1. Formulación del problema general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Formulación de los problemas específicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2. ANTECEDENTES 2

3. JUSTIFICACION. 5

4. MARCO TEORICO. 6

4.1. La Quinua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4.2. Características Importantes De La Quinua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4.3. Metodos De Determinacion De Saponina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.4. Proceso De Escarificado De Quinua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5. OBJETIVOS 21

5.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.2. Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6. HIPÓTESIS 21

6.1. Hipótesis General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6.2. Hipótesis Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

7. MARCO METODOLÓGICO 21

7.1. Tipo de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

7.2. Diseño de investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

8. ÁMBITO O LUGAR DE ESTUDIO 21

9. RECURSOS TENTATIVOS 22

10. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES 23

Referencias Bibliograficas………………………………………………………………………...24

Índice de figuras

2.1. Vista posterior de los cilindros y paletas y tolva de descarga. [13] . . . .

2.2. Cilindros de escarificación y rejillas de separación de polvillo. [13] . . .

2.3. Despedradores, lavador, enjuagador y centrifugador [11] . . . . . . . . . .

4.4. Planta y grano de quinua. . . . . . . . . . . .

4.5. Partes del fruto de la Quinua.[12] . . . . . . .

4.10. proceso de escarificado.(Elaborcion propia) .

4.11. Lavado hasta la eliminación de espuma [2] .

4.12. Desamargado en húmedo usando peqana. [2]

4.13. Prototipo escarificador [13] . . . . . . . . .

4.14. Prototipo escarificador [13] . . . . . . . . .

Índice de cuadros

4.1. Valor nutricional en 100 gramos de Quinua (*:ppm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

9.2. Presupuesto tentativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

10.3. Operacionalizacion de variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Los pequeños y medianos productores de quinua, no cuentan con una maquinaria adecuada para

el escarificado de la quinua.

En la zona rural de la región Puno, se sigue utilizando una tecnología rudimentaria para la

cosecha y post cosecha de quinua [2], siendo esto una pérdida de tiempo, esfuerzo y energía,

incurriendo en costos altos para su producción, además de obtener una calidad de producto e

ingresos por ventas, menores a los esperados.

Sin embargo existen maquinarias de nivel industrial, como es la vencedora brasileña (trilladora y

venteadora) de 400kg/h, la trilladora de quinua modelo TR-C de 650 kg/h, así como la

seleccionadora de quinua modelo SQ-5t de 500kg/h de capacidad [7], que no están acorde con

sus necesidades debido a su costo alto y que la capacidad de producción de estas maquinas son

grandes, algunas familias no cuenta con parcelas de tierra amplias, por ende no tienen grandes

producciones, seria innecesario adquirir maquinaria con características sobredimensionadas.

Este proyecto pretende dar un valor agregado al producto final, en los aspectos económicos y de

calidad, debido a que se apoyara a los pequeños productores de nuestra región andina, reduciendo el

tiempo de post cosecha y mejorando los rendimientos de producción actuales.

1.1. Formulación del problema general.

¿Será posible diseñar y construir una maquina escarificadora de quinua, que resuelva los

problemas de los medianos y pequeños productores de quinua?

1.2. Formulación de los problemas específicos.

¿El costo de la maquina estará al alcance de los pequeños y medianos productores de quinua?

¿La producción de la maquina estará acorde a la producción del poblador?

¿Sera posible eliminar más del 90 % de la saponina en 100kg de quinua?

2

2. ANTECEDENTES

En la Zona Andina, se han hecho varios experimentos de desaponificado con el diseño de proto-

tipos y pruebas de adaptación de máquinas que originalmente fueron diseñadas para otros usos. Ba-

cigalupo y Tapia, 1990, indican que en Perú y Bolivia se han hecho varias pruebas de desaponificado

de quinua por este método. Desde 1950, cuando en Cuzco, Perú, aparecen las primeras agroindustrias

artesanales de quinua en las cuales, el desaponificado se hacía con la adaptación de los equipos de

procesamiento de trigo. Luego, estos mismos autores citan a Briceño en 1970, quien probó el desapo-

nificado de quinua por molienda diferencial de granos, a Amaya en 1978, en Brasil con métodos

similares y, a las industrias Ferri Ghezzi, en 1975, en Bolivia, que utilizaron procesos de cepillado.

Sin embargo, cada uno de estos intentos presentaron dificultades en los procesos seguidos, los que

hicieron que los métodos no fueran los más eficientes. Por ejemplo los resultados de las pruebas de

desaponificado por las industrias Ferri Ghezzi de Bolivia presentaron hasta 8, 74 % de pérdidas du-

rante el proceso y, el contenido de saponina en el producto final fue de alrededor de 0,74 %, valor

superior a los estándares indicados para consumo humano.

Uno de los estudios más interesantes dentro de este tema es la escarificadora diseñada y cons-

truida por Torres y Minaya, en 1980. En este caso, los granos de quinua son sometidos a un proceso

combinado de efecto abrasivo y golpeado, con paletas giratorias sobre tamices estacionarios, los que

recogen y separan el polvillo de saponina de los granos. La máquina consta de tres cilindros dispues-

tos en tres bolillos, de tal forma que los granos en proceso pasan de un cilindro a otro por gravedad.

Cada cilindro está provisto de 9 paletas escarificadoras y de 12 paletas transportadoras colocadas so-

bre el eje giratorio. Los granos que salen del último cilindro, reciben una corriente de aire, que ayuda

a separar el polvo y afrechillo, antes de ser recogidos en la salida final. Según los autores, esta má-

quina escarificadora tiene una eficiencia del 95 % y, los contenidos de saponina en el producto final

oscilan entre el 0,04 y 0,25 %, dependiendo de la variedad utilizada como materia prima.

Franco y Tapia en 1974 (citado en Tapia, 1979), desarrollaron otro método de escarificado de

quinua, combinando calor o pretostado del grano con cepillado, con resultados satisfactorios. Otros

métodos de escarificado o pulido de granos de quinua por cepillado también han sido probados en va-

rias industrias y centros de investigación en Perú y Bolivia. Sin embargo, según Bacigalupo y Tapia,

1990, ninguno de los equipos diseñados para escarificación de quinua han permitido obtener niveles

de separación de saponina lo suficientemente elevados como para posibilitar el consumo humano

directo

3

Figura 2.1: Vista posterior de los cilindros y paletas y tolva de descarga. [13]

Figura 2.2: Cilindros de escarificación y rejillas de separación de polvillo. [13]

del producto sin ulterior tratamiento. Un inconveniente adicional del método, según estos autores, es

el elevado contenido de proteína y grasa que se elimina en el polvillo resultado de la escarificación.

Esto, debido a que el mayor contenido de estos elementos se encuentra en el embrión, que por la

morfología del grano de quinua, se encuentra expuesto al proceso de escarificación.

4

En INIAP, Ecuador, se adaptó una máquina peladora de sorgo, para la escarificación de quinua,

con resultados aceptables (Lara y Nieto, 1990). El principio de funcionamiento de esta máquina es la

fricción del grano en un cilindro cerrado, en cuyo interior están conectadas cinco piedras de carbo-

rundo, las que giran en la misma dirección y accionan un movimiento circular a los granos de quinua

los que se escarifican por fricción entre las paredes del cilindro y las piedras en movimiento.

En Bolivia, el Centro Promoción de tecnologías Sostenibles, desde el año 2010, tuvo la iniciativa

de construir un grupo de tres sistemas de maquinarias que se encargan de procesar la quinua en la

post cosecha, cabe resaltar los sistema de limpieza de la saponina por vía seca y la húmeda, que cum-

plen la función de eliminar en gran porcentaje el episperma del grano y residuos sólidos de pequeñas

dimensiones. El Sistema de limpieza por vía húmeda, CPTS-LVH160 (patente pendiente) cumple la

función de eliminar la saponina remanente en el grano de quinua, así como toda posible piedrecilla

que no haya sido eliminada por la vía seca[11].

Está constituido por:

Un despedregador de piedrecilla de alta densidad.

Un lavador.

Un despedregador de piedrecilla de baja densidad.

Un enjuagador.

Un centrifugador CPTS-CEN5028 (patente pendiente).

Todos estos componentes forman parte de una sola máquina, la cual opera con un solo motor

eléctrico de baja potencia de 8HP aproximadamente.

En Salta, Argentina, en Marzo 2013, Margarita Armada, Jorge A. Chavarría y Arnaldo V. Trejo

diseñaron y construyeron un prototipo escarificador de quinua, este equipo contaba un su interior

un tornillo escarificador, como pieza principal, mediante movimientos giratorios en el tambor y la

fricción entre granos se obtuvo los resultados de 0,05 % de concentración de saponina, valor que se

encuentra dentro de los rangos permitidos para la venta y consumo humano.

5

Figura 2.3: Despedradores, lavador, enjuagador y centrifugador [11]

3. JUSTIFICACION.

La maquinaria existente en la región, no satisface las necesidades de los pequeños y medianos

productores de quinua, debido a su alto costo de operación, su nivel de producción alta. No es

rentable para el prestador del servicio trasladar la máquina a lugares donde se tiene cultivos

pequeños, y a su vez el precio de adquisicion de ésta es muy alto para el pequeño productor.

Además no se adapta a las condiciones de terreno principalmente por su tamaño debido a que

los caminos y entradas a las comunidades son muy angostos o alejadas. Debido a lo anterior es de

vital importancia que el tamaño de la máquina a diseñar sea reducido, para facilitar su transporte a

los diferentes lugares. Ésta reducción del tamaño de la máquina disminuye los costos de fabricación

y la operación.

Por lo tanto la aceptación de una máquina para un agricultor está influenciada no solamente por

sus características técnicas sino también por su costo.

6

4. MARCO TEORICO.

4.1. La Quinua

La quinua (Chenopodium quinoa Wild) denominada el súper grano es beneficio puro, de altísimo

valor nutricional contiene entre 13 y 20 % de proteína de excelente calidad, comparable a la leche,

con todos los aminoácidos esenciales, en especial lisina, argidina e histidina. Es fuente de vitamina

E, y B, minerales (calcio, hierro y fósforo) y fibra soluble. El grano es libre de gluten, apto para

celíacos, y recubierto por saponinas, sustancias amargas que hay que eliminar para consumir. Con la

quinua se elaboran aceites, harinas, panificados, confitados, postres, sopas, leche y flakes. Además,

la saponina es un subproducto con alto potencial, con mercado en la industria cosmética y medicinal

[10].

Figura 4.4: Planta y grano de quinua. a

a http://proyectopragmalia.blogspot.com/2009/08/176?fomentar?la?produccion?dequinoa.html

4.2. Características Importantes De La Quinua

Las características más importantes es que se trata de un cultivo que puede crecer en grandes al-

turas y que prospera en regiones de extrema sequedad y además soporta las heladas mucho mejor que

otros cultivos.

4.2 Características Importantes De La Quinua 7

Elemento % Elemento %

Humedad 12 Potasio 1,6

Proteinaa 18 Calcio 0,3

Proteinab 10 Magnesio 0,2

Extr. Etéreo 4,5 Sodio 0,01

Fibra 5,1 Manganeso* 65

Ceniza 2,6 Cobre* 12

Extr. Libre N 63 Hierro* 270

Fósforo O 0,4 Zinc* 40

Cuadro 4.1: Valor nutricional en 100 gramos de Quinua (*:ppm) [6]

a máximo encontrado.b mínimo encontrado.

Las plantas se caracterizan también por poseer panojas con un promedio de 100 mm y una lon-

gitud de 300 mm en la parte superior de la misma. En cuanto al tamaño de del grano, se consideran:

grandes cuando su tamaño supera los 2,2 mm medianos entre 1,8 y 2,1 mm, y pequeños inferior a los

1,8 mm de diámetro[12].

Otras características de estas plantas es el sabor amargo, el mismo que se debe a la presencia de

un glucósido denominado saponina, que está adherida a la parte externa del grano y que bien podría

tener algún uso industrial[4].

Obviamente que las bondades alimenticias de este producto agrícola constituyen el factor más

relevante de su estudio debido a su alto porcentaje de contenido de proteínas.

Las variedades comúnmente producidas en la región Puno por nuestros agricultores son[12]:

Kancolla:Variedad Tardía (179 días), granos blancos, semidulce, tamaño medio (1,5mm), va-

riedad resistente a bajas temperaturas.

4.3 Metodos De Determinacion De Saponina 8

Cheweca :Variedad Tardía (170 -180 días), granos blancos, casi dulce, tamaño pequeño (1,2

mm), variedad resistente a bajas temperaturas.

Blanca de Juli:Variedad Tardía (179 días), granos blancos, bajo contenido de saponina,

tamaño mediano (1,4 mm)

Sajama: Variedad Precoz, granos blancos, tamaño grande (2 mm), casi libre de saponina.

Figura 4.5: Partes del fruto de la Quinua.[12]

4.3. Metodos De Determinacion De Saponina

4.3.1. Metodo Fisico

Se evalúa la cantidad de saponina en una probeta con agua, introduciendo granos de quinua,

agitando vigorosamente por unos minutos y se observa la formación de espuma producidos en 10

miligramos de agua, luego de agitar y dejar en reposo por un minuto [1].

4.3.2. Metodo Quimico

Existen tres métodos químicos en la determinación de la saponina [1].

1. Los granos sin lavar, desmenuzados, hervidos se filtran; el residuo se hierve al reflujo con

alcohol al 90 % se colorea con carbón y se deja enfriar. La saponina separada se disuelve en

alcohol hervido al 95 % y se deja cristalizar.

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 9

2. Los granos sin lavar desmenuzadas, se trata con alcohol absoluto y el extracto se purifica con

agua y éter, se extrae la saponina con cloroformo y evaporación al medio ambiente.

3. Los granos sin lavar, tratados con alcohol al 70 % purificado con agua y éter de petróleo mez-

clado con alcohol absoluto.

4.3.3. Metodo Fisico - Quimico

El método cromatografico previamente se extrae la saponina con agua, para ello filtrados y centri-

fugados dos muestras de quinua dulce y dos amargas. Este filtrado se aplica sobre placas de silica-

gel como solvente se usa una mezcla de cloroformo, metanol, acido sulfúrico con una concentración

de

0,1 N y agua en proporciones de 50 : 25 :7 :3 miligramos respectivamente. Para evaluar se usa

acido sulfúrico que da coloraciones[4].

4.3.4. Metodo Biologico

Aprovechando la toxicidad de la saponina para los peces o anfibios se hemolizan los hematíes.

Siendo hecho conocido que la saponina provoca hemoliosis en los globulos rojos [1].

En otro caso, se aplica a los eritrocitos del conejo lavados en solución fisologica, un minimo

progresivo de gotas de extracto de saponina, obtenido por maceración de los granos en NaCl.

Despues de dos horas de incubación se determina el grado de hemoliosis en cada tubo y la

correspondiente concentración de saponina. Anotando que el mismo método se aplica para inhibir el

crecimiento de las bacterias y hongos tales como el Trichoderma Viride [1].

4.4. Proceso De Post cosecha De Quinua

La quinua es uno de los cultivos considerados como delicados en cuanto al manejo y cuidados de

la cosecha. La cosecha de quinua debe realizarse con la debida oportunidad para evitar no sólo las

pérdidas por efectos adversos del clima y ataque de aves sino también el deterioro de la calidad del

grano. Si a la madurez del cultivo hay un período de humedad ambiental alta pérdida de la cosecha o

por lo menos se produce una oxidación o cambio de color de los granos, con la consiguiente pérdida

de la calidad de la cosecha.[9]

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 10

4.4.1. Proceso De Escarificación De La Quinua

Proceso fundamental en la post cosecha, se basa en la fricción entre granos por acción mecánica

(escarificado), con el propósito principal de eliminar la saponina, combinado con otras impurezas.

La saponina, químicamente designada como glucósido, se halla concentrada en la pericarpio (cás-

cara de los granos de quinua) [4].

Las saponinas se caracterizan por su sabor amargo, en el organismo, las saponinas ocasionan

dolor estomacal, nauseas, ligera diarrea y problemas en la digestión. Pero su principal efecto es

producir la hemólisis de los eritrocitos y afectar el nivel de colesterol en el hígado y la sangre, con

lo que puede originarse un detrimento en el crecimiento, a través de la acción sobre la absorción

de nutrientes. Sin embargo, no perjudican al hombre en las cantidades que normalmente se

encuentran después del lavado de la quinua o desaponificado por vía húmeda [4].

En las formas silvestres y las variedades amargas de quinua, el contenido máximo aproximado de

saponina es de un 2, 8 % (aunque el rango es variable de acuerdo a la especie y al ecotipo), que

compa- rado con las exigencias actuales del mercado, que fijan como valor límite 0, 05 %, es

extremadamente alto [3].

Figura 4.10: proceso de escarificado.(Elaborcion propia)

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 11

4.4.1.1. Procesos Manuales De Escarificación De Quinua. El campesino agricultor, hace sus

labores de cosecha y post cosecha artesanalmente, y realizar los procesos con tecnologías, le resulta

caro, ya que la producción agrícola de nuestros campesinos se da a pequeña y mediana escala, apa-

reciendo la necesidad de establecer tecnologías intermedias que solucionen este problema, siendo los

factores más importante el tiempo, dinero y producción.

Escarificacion Manual [2] Esta tecnología de retiro de saponina, se ha realizado desde

épocas preincaicas en forma tradicional, como paso inicial de obtención de materia prima hoy

llamada quinua perlada, con el cual se elaborara productos transformados tradicionalmente.

Existen dos métodos para desaponificar:

Desaponificado artesanal en seco Este método se realiza de la siguiente manera:

Primeramente se debe contar con los siguientes equipos y materiales:

• Koncha o cocina

• Bosta ( estiércol seco de ganado)

• Una cazuela o jikiña ( recipiente de arcilla cocida para tostar)

• Una Jarwina (cucharón de palo)

• Un pedazo de material( sekas) para realizar el pisado

• El proceso de elaboración es de la siguiente manera:

1. Se prepara el fogón con bosta (estiércol seco del ganado), luego se coloca la jikiña (ca-

zuela) sobre la koncha para calentar la cazuela.

2. Se coloca la quinua en la cazuela de manera que se tueste solo un poco hasta observar

que hay cierto desprendimiento de la cáscara.

3. Luego se coloca la quinua tostada en la seka; la cantidad debe ser como para el agarre

con las manos.

4. Luego se realiza el pisado sobre la seka con la finalidad de retirar todas las cáscaras de

quinua, con esto se logra el retiro de la saponina.

5. Finalmente se realiza el venteo para retirar en forma completa las cáscaras y quede final-

mente los granos de quinua.

Desaponificado artesanal en húmedo Los equipos y materiales necesarios son los siguientes:

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 12

• Una peqana

• Un balde

• Una taza

• Un pedazo de paño

• Agua

• El proceso de elaboración se detalla a continuación:

1. Se coloca la quinua sobre la peqana

2. Luego se humedece la quinua con agua.

3. Se realiza movimientos de vaivén de la piedra con la peqana, su duración dependerá del

desprendimiento de la cáscara, este indicara su finalización.

4. Luego se retira la quinua y se coloca en el balde, agregando agua, se observara

abundante espuma.

5. Se lava la quinua haciendo movimientos circulares del balde luego echar el agua, esta

operación se realiza varias veces hasta que el agua no presente la espuma.

6. Se coloca en el paño y se hace secar al sol, se realiza permanentes movimientos para

acelerar el secado.

7. Finalmente se obtiene el grano perlado de quinua, es decir sin saponina.

Figura 4.11: Lavado hasta la eliminación de espuma [2]

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 13

Figura 4.12: Desamargado en húmedo usando peqana. [2]

4.4.1.2. Procesos Mecanizados De Escarificado De La Quinua Normalmente las maquinas

que se encuentran en el mercado, dirigidas hacia los procesos de post cosecha de la quinua, trabajan

con grandes capacidades de producción, por separado o procesos simultáneos, algunas maquinas

utilizan procesos simples, otras son adquiribles con un sistema de control automatizado. También se

puede encontrar maquinas de pequeña capacidad y con un solo proceso de post cosecha.

Maquinas Escarificadoras De Granos Normalmente se utilizan los métodos más

conocidos: el desaponificado, lavado y enjuague de los granos en agua produciendo espuma donde

es eliminada el episperma; el escarificado, método consistente en la fricción de los granos entre

un material abrasivo, pudiendo ser este un cilindro o tambor giratorio., de esa manera es separada la

saponina, produciendo polvo donde se encuentra la misma.

El método por lavado o desaponificado presenta muchas desventajas y problemas para el diseño

de una maquina, el porcentaje de humedad en el grano, la espuma producida, y el secado posterior

complican el proceso, de manera que se hace difícil su aplicación a mediana o gran escala[8].

Una maquina escarificadora, básicamente busca eliminar el contenido de saponina de distintas

variedades de quinua que consume el poblador de la región de Puno, teniendo en cuenta que debe

mantenerse los valores nutritivos de la materia prima. El proceso fundamental tiene por objetivo se-

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 14

parar del episperma y segmentos secundarios del grano, el mayor contenido de saponina.

Los medios mecánicos abrasivos y la acción combinada con paletas giratorias con el golpeado en

tamices estacionarios, permiten un raspado contra las paredes de un tambor giratorio, haciendo que

todo el proceso sea eficiente. El polvillo producido puede ser extraído mediante gravedad o con un

succionador de aire. El grano desprendido de la saponina, llamada quinua perlada, puede ser trans-

portado en sacos, listo para su selección u otro fin previo al consumo.

DESCRIPCION PROTOTIPO ESCARIFICADOR[13]

1. Tolva de alimentación2. Cilindro escarificador3. Paletas4. Tolva de descarga.

Figura 4.13: Prototipo escarificador [13]

1. Tolva de alimentación.

2. Cilindro escarificador.

3. Paletas.

4. Tolva de descarga.

1. Tolva de alimentación: el grano, previamente limpiado y clasificado, entra a la maquina por

la tolva de alimentación, de forma trapezoidal, consta de un dispositivo, en forma de lámina,

que permite regular manualmente el volumen de grano que se quiere procesar.

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 15

2. Cilindro escarificador: hecho de fierro galvanizado 1/8“ de espesor, y de medidas

aproximadas a 1,5 m x 0,75m, contiene en su interior las paletas, recibiendo el grano

proveniente de la tolva. Las paletas dispuestas paralelas al eje de rotación, cumplen la función

del escarificado; al girar friccionan al grano contra las paredes del cilindro escarificador. Estas

paletas son regulables, las que están dispuestas helicoidalmente alrededor del eje, tienen la

función de hacer avanzar al grano, también pueden ser reguladas. De esta manera el grano

quinua es escarificado y a su vez avanza hacia una tolva de descarga.

Como consecuencia del escarificado, se obtiene la separación del episperma del grano. Para

facilitar el escarificado, el cilindro posee una malla de fierro galvanizado con agujeros de 0,5

mm de diámetro, por donde pasa solo las partículas de episperma, siendo posible su recupera-

ción a través de dos tolva de descarga. El grano escarificado recuperado, contiene residuos de

episperma que al no poder pasar por la malla, es sometido a un flujo de aire proveniente de un

ventilador para dejarlo libre de partículas de episperma de impurezas.

Figura 4.14: Prototipo escarificador [13]

3. Conjunto motor: Constituye la fuente de energía del sistema. Se considera en este caso

un motor eléctrico. La determinación teórica de la potencia requerida por el prototipo se

obtuvo de

4.4 Proceso De Escarificado De Quinua 16

la siguiente ecuación 4.1:T W

H.P. =75

(4.1)

Donde:

H.P. = Potencia consumida por la maquina

T = Torque del sistema de paletas, poleas (Kg m)

W = Velocidad angular del sistema de paletas y poleas (rad/ seg)

4. Conjunto de transmisión: como la velocidad de salida del motor es, en todos los casos,muy

superior a la velocidad de rotación asumida para el eje escarificador, se hizo una reducción de

velocidades variando el diámetro de las poleas, mediante una transmisión en V. las diferencia

de diámetro de las poleas se obtuvo con la siguiente relación 4.2.

d1 rpm1 = d2 rpm2 (4.2)

Donde: d1 : diámetro de la polea del motor

d2 : diámetro de la polea del eje escarificador

rpm1 : revoluciones por minuto del eje del motor

rpm2 : revoluciones por minuto del eje escarificador

RESULTADOS

No hay pérdida de nutrientes si el proceso se repite por cinco veces.

Los contenidos de fibra y ceniza disminuyen si el proceso se repite.

A bajas rpm, se extrae afrechillo en buena cantidad, en los granos grandes. A más rpm, se

presentan granos rotos con menos afrechillo. Caso contrario ocurre con los granos pequeños,

se consigue más eliminación de saponina si el proceso es repetido por tres veces.

CONCLUSIONES

Un buen diseño presenta tres cilindros escarificadores funcionando de manera continua.

17

Las rpm de las paletas y el escarificador, deben ser iguales.

Numero óptimo de paletas 8.

El cilindro debe ser de metal liso, con una malla de con perforación de 0,5 mm de diámetro en

su parte inferior, de manera que retenga el grano y pase el afrechillo.

Esta experiencia debe ser tomada en cuenta para el diseño que se realizara, los resultados ayudan

mucho a tomar decisiones y pensar de manera objetiva a las soluciones de los problemas que se

enfrentara más adelante.

5. OBJETIVOS

5.1. Objetivo General

Diseñar una maquina escarificadora de quinua, acorde con las necesidades reales de los

pequeños y medianos productores de quinua de nuestra region.

Construir nuestro diseño de una maquina escarificadora de quinua, con materiales adquiribles

en nuestro Mercado, a un precio comodo de adquisición para los pequeños y medianos

productores de quinua en nuestra región.

Evaluar el rendimiento de la maquina escarificadora de quinua, mediante los parámetros de

funcionamiento principales, una vez que este construida.

5.2. Objetivos Específicos

Se abaratara el costo de la maquina el cual estará al alcance de los pequeños y medianos pro-

ductores de quinua.

Se equilibrara la producción de la maquina con producción del poblador.

Se eliminara más del 90 % de la saponina en 100kg de quinua.

6. HIPÓTESIS

6.1. Hipótesis General

La maquina escarificadora de quinua, resolvio los problemas de los medianos y pequeños

productores de quinua.

El rendimiento de la maquina escarificadora de quinua construida, tuvo resultados optimos en

referencia a la eliminacion de la saponina del grano de quinua.

6.2 Hipótesis Específicos 18

6.2. Hipótesis Específicos

Los pequeños y medianos productores de quinua pueden adquirir la maquina escarificadora de quinua.

La maquina no esta sobredimencionada esta acorde a la producción del

poblador. Se elimino mas del 90 % de la saponina en 100kg de quinua.

7. MARCO METODOLÓGICO

7.1. Tipo de estudio

El presente estudio se realizara como una investigación experimental de tipo descriptivo - evalua-

tivo. Es experimental, existe la manipulación deliberada de las variables independientes, se

procederá a realizar observaciones de situaciones nuevas. También es de carácter descriptivo,

permitirá describir y conocer el funcionamiento de cada uno de los componentes de la maquina, y

evaluativo dado que uno de sus objetivos consiste en determinar la factibilidad de producción.

7.2. Diseño de investigación

Esta investigación corresponde a un diseño de campo y documental. De campo porque se basa

en visitas al área de trabajo para obtener datos e información y observar directamente el fenómeno

estudiado. Es documental debido a que la información fue extraída de fuentes fiables y legales.

8. ÁMBITO O LUGAR DE ESTUDIO

La zona del estudio se encuentra ubicada en la ciudad de Puno, distrito, provincia y departamento

del mismo nombre. Geográficamente se sitúa a 15o51’11"de Latitud Sur y a 70o02’08"de Longitud

Oeste, a una altura de 3, 812 m.s.n.m. La ciudad se desarrolla a lo largo del Lago Titicaca, en la

Bahía de Puno, sobre un terreno accidentado, con zonas bajas, y rodeado de cerros y quebradas. Sus

cotas van de los 3, 810 a 4, 050

m.s.n.m.

23

9. RECURSOS TENTATIVOS

ITEM DESCRIPCIÓN COSTO TOTAL

1 Materiales y equipos de construcción S./ 2, 000

2 Estudio y pruebas de la maquina S./ 1, 200

3 Materiales de escritorio S./ 600

4 Viajes y trasporte de la maquina S./ 800

5 Mano de obra en la construcción de la maquina S./ 500

6 TOTAL S./ 5, 100

Cuadro 9.2: Presupuesto tentativo

23

10. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES

nombre de la variable símbolo tipo de va-

riable

unidad de medida

Incremento de la productividad Y dependiente

continua y

discreta

-producción máxima : kg/h -rendimiento

máximo : % -valor agregado máximo: S/.

Parámetros característicos de pro-

ductividad tradicional (pct)

Y1 dependiente,

continua y

discreta

-producción : kg/h -rendimiento: % -valor

agregado: S/. -tiempo: seg, min

Rendimiento del grano,

capacidad de procesamiento y

calidad del pro- ducto final (n

grano, n maq, cal

Y2 dependiente,

continuo y

discreta

- rendimiento: % - capacidad de proce-

samiento: kg/h -cantidad de saponina:

gr/100 ml -absorbancia: nm

Generación de mayor valor agre-

gado y una rentabilidad económi-

camente viable como propuesta de

desarrollo (VA)

Y3 dependiente,

continuq y

discreta

- S/.

Utilización de la MEQ para la op-

timización del proceso de desaponi-

ficacion de quinua (parámetros óp-

timos)

X independiente

continua y

discreta

,-velocidad optimo: RPM -carga optima:

kg -tiempo de procesado optimo: min

Caracterización del proceso de

desaponificacion utilizando la

tecnología actual (tradicional)

X1 independiente

continua y

discreta

,-carga de procesado: kg -tiempo de pro-

cesado: min -perdidas: kg

Parámetros técnicos operativos

(RPM, carga y tiempo de procesa-

do) utilizando la MEQ.

X2 independiente

continua y

discreta

,-velocidad de rotación: RPM -carga del

producto: kg -tiempo de procesado: min

Niveles de producción, costo y cali-

dad del producto obtenido utilizan-

do la MEQ

X3 independiente

continua y

discreta

,-nivel de producción: kg/h -costo: S/.

-calidad: gr, % (saponina, propiedades

or- ganolépticas y nutritivas)

Cuadro 10.3: Operacionalizacion de variables

23

11. CRONOGRAMA TENTATIVO

REFERENCIAS 24

Referencias

[1] WILFREDO D. ALANOCA and JOHNNY CONTRERAS. Construcción y modelamiento de

una maquina prototipo para el proceso de escarificado de quinua. PhD thesis, Universidad

Nacional del Altiplano, Puno ,2012.

[2] JAEL CALLA CALLA and GLADYS CORTEZ VALDIVIA. Curso taller ”post cosecha

y transformación de quinua orgánica´´. Juli, Puno-Perú, pages 14–15, 2011.

[3] LAURA JOSEFINA DURO ESTEVE. Perfil de Consumo y Aceptabilidad de Quinoa Cheno-

podium Quinoa Willdenow. Tesis previa a la obtención del título de licenciada en nutrición,

Universidad Nacional de Salta.(SALTA), 2006.

[4] BALLON E. and CUESTA A. And PAREDES E. Detección y estimación de saponinas en

variedades de quinua en grano - harina y salvado. La Paz-Bolvia, page 27, 1983.

[5] EDISON. LLANGARI TZAQUI and E. BENALCÁZAR SORIA. Diseño Y Construcción De

Una Trilladora Y Limpiadora De Quinua. Tese de grado, Escuela Superior Politécnica De

Chimborazo (Ecuador), junio 2012.

[6] BLASCO MARIO. Composicion química de la quinua cultivada en el altiplano de puno. Tu-

rrialba 29 Perú.

[7] RAMIRO R. MIRANDA. Boletin informativo, post cosecha y beneficiado de la quinua (cheno-

podium quinoa willd.). Bolivia, pages 25–27, Noviembre 2010.

[8] C. NIETO and V. FISHER. La quinua : Un alimento nuestro. Quito-Ecuador, 1993.

[9] C. NIETO and C. VIMOS. La quinua, cosecha y poscosecha. algunas experiencias en ecuador.

Ecuador, page 43, 1992.

[10] BERTI P. and E. PERALTA And N. MAZON And E. VILLA. Valor nutritivode los granos

andi- nos, desde la perspectiva del requerimiento humano, valor económico y potencial de

producción. XII Congreso Internacional de Cultivos Andinos 24 - 27 julio 2006. Quito-

Ecuador.

[11] CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES-CPTS. Diseño y construc-

ción de un sistema de limpieza de la saponina por vía humeda. Bolvia, page 02, 2010.

[12] MARIO TAPIA. Quinua y kañiwa, cultivos andinos bogotá. ICA-CIID.

[13] HUGO A. TORRES and ILDAURO MINAYA. Escarificadora de Quinua, Diseño y

Construc- ción. PhD thesis, Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas (Oficina Perú),

1980.