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Anlisis de las propiedades de la ua de gato y de la sangre de drago y diseo de un equipo para su industrializacin en las comunidades Warints y Yawi
Analysis of the properties of cat's claw and drago's blood and design of a team for its industrialization in the Warints and Yawi communities
Anlise das propriedades da unha de gato e sangue de drago e projeto de equipamentos para sua industrializao nas comunidades Warints e Yawi
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Lidia del Roco Castro CepedaI |
Ronald Ariel Varela SecairaII https://orcid.org/0000-0002-5566-2066
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Mishell Carolina Moreno SamaniegoIII |
Diego Fernando Mayorga PrezIV https://orcid.org/0000-0003-2727-942X
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Mnica Alexandra Moreno BarrigaV |
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Correspondencia: lidia.castro@espoch.edu.ec |
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Ciencias Tcnicas y Aplicadas
Artculo de Investigacin
* Recibido: 25 de abril de 2022 *Aceptado: 20 de mayo de 2022 * Publicado: 20 de Junio de 2022
I. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador
II. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
III. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
IV. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
V. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
Resumen
Este artculo presenta una propuesta para el anlisis de las propiedades de dos plantas nativas de las comunidades Warints y Yawi , como lo son la sangre de drago y la ua de gato; adems el diseo de dispositivos que se buscan emplear para la industrializacin en las comunidades de la Amazonia ecuatoriana, planteando en primera instancia las diferentes opciones que se tienen para realizar esta mejora en la produccin, trabajos similares como antecedentes y varias opciones para la industrializacin, escogiendo el proceso de micro pulverizacin, y en segunda instancia, el planteamiento de los diferentes dispositivos que se emplearn para poder agregar valor de mercado a estos productos nativos mediante el proceso seleccionado, adems se justificar su implementacin, tanto de forma econmica como prctica y el orden en el que se debe realizar para asegurar que el proyecto tenga xito, culminando con la eleccin optima de los dispositivos mecnicos necesarios para satisfacer el proceso industrial.
Palabras Clave: diseo; micro pulverizacin; productos nativos; anlisis fsico qumico.
Abstract
This article presents a proposal for the analysis of the properties of two native plants of the Warints and Yawi communities, such as the dragon's blood and the cat's claw; In addition, the design of devices that are sought to be used for industrialization in the communities of the Ecuadorian Amazon, considering in the first instance the different options that are available to carry out this improvement in production, similar works as background and several options for industrialization, choosing the micro spraying process, and in the second instance, the approach of the different devices that will be used to be able to add market value to these native products through the selected process, in addition its implementation will be justified, both economically and practically and the order in which it must be carried out to ensure that the project is successful, culminating in the optimal choice of the mechanical devices necessary to satisfy the industrial process.
Keywords: design; micro spraying; native products; physical chemical analysis.
Resumo
Este artigo apresenta uma proposta de anlise das propriedades de duas plantas nativas das comunidades Warints e Yawi, como sangue de drago e unha de gato; Alm disso, o desenho de dispositivos que se pretende utilizar para a industrializao nas comunidades da Amaznia equatoriana, considerando em primeira instncia as diferentes opes disponveis para realizar essa melhoria na produo, trabalhos semelhantes como pano de fundo e vrias opes para industrializao, escolhendo o processo de microasperso e, em segundo lugar, a abordagem dos diferentes dispositivos que sero utilizados para poder agregar valor de mercado a esses produtos nativos atravs do processo selecionado, alm de justificar sua implementao, tanto economicamente e prtica e a ordem em que deve ser realizado para garantir o sucesso do projeto, culminando na escolha tima dos dispositivos mecnicos necessrios para satisfazer o processo industrial.
Palavras-chave: design; micropulverizao; produtos nativos; anlise fsico-qumica.
Introduccin
Dentro de la Amazona ecuatoriana existen varios problemas que impiden que los pobladores de esta regin tengan acceso a una vida digna, esta situacin se ve especialmente reflejada en las comunidades ms alejadas de las grandes ciudades, como es el caso de las comunidades Warints y Yawi, en las cuales existen carencias considerables de recursos y desarrollo econmico a largo plazo, es por este antecedente que se plantea brindar una solucin perdurable de estas problemticas para estos asentamientos humanos amaznicos.
La economa local de estas zonas depende principalmente de la produccin de plantas nativas de la regin amaznica y de la agricultura comunitaria, la cual apenas resulta rentable para los pobladores debido en gran parte a lo poco remunerados que se encuentran los productos en el mercado local, a pesar de que estas plantas son altamente demandadas en los mercados internacionales, como se ver posteriormente en los ndices de exportacin de productos.
Debido a que se tiene una produccin con un beneficio poco remunerado, el desarrollo de las comunidades no alcanza un crecimiento que se pueda considerar como aceptable ni a corto ni a largo plazo, y la mayora de los pobladores no consigue una vida digna por este motivo, lo cual es una razn social suficiente como para justificar la ejecucin de un proyecto comunitario que sea capaz de resolver este problema con responsabilidad profesional y tica ambiental (Vlez, 2015)
Marco teorico
A. Propiedades de la ua de gato
Es una planta de la amazonia cuyo nombre cientfico es: Uncaria Tomentosa, tambin se la encuentra en varios pases de Sudamrica. Se conocen otra especie: Uncaria guianenses y se llaman de esta forma Uncaria porque hacen referencia a las espinas ganchudas de la planta, una forma similar a la ua de gato, la planta pertenece a la familia de la Rubiaceae, su forma es de un arbusto trepador que sube a los rboles aledaos generando enredaderas con una altura de hasta 20 metros. La composicin qumica de la corteza de la ua de gato presenta compuesto alcaloides, triterpenos, esteroles, compuestos fenlicos.
En base a los anlisis fisicoqumicos de la corteza de la planta se han determinado alrededor de 6 alcaloides oxndolicos pentacclicos y esteroles como sitosterol, estigmasterol y campesterol, los mismos que mediante el estudio farmacolgico han evidenciado actividad antiinflamatoria y antioxidante moderada en pruebas en ratn. Un hetersido del cido quinovico present actividad antiinflamatoria de forma independiente al contenido de alcaloides, sino ms bien est en funcin de las propiedades inmunoestimulantes, por lo cual en base a todos los anlisis se evidencia que esta droga vegetal presenta propiedades de actividad biolgica alta gracias a la accin sinrgica de diferentes compuestos encontrados en la corteza.
La ua de gato es considerada en base a los estudios realizados como un gran antiinflamatorio y antioxidante que contiene propiedades de prevencin de daos gastrointestinales, inhibicin del (TNF) factor de necrosis tumoral, adems de su actividad inmunoestimulante. El extracto de la corteza ha presentado resultados favorables en el tratamiento de la leucopenia inducida en ratas despus del proceso de quimioterapia.
Los beneficios de esta corteza han sido difundidos y muy utilizados a nivel popular para el tratamiento de diversas enfermedades, sin embargo an falta mucho por estudiar segn indican los qumicos y bioqumicos pues se requiere analizar los efectos de acuerdo a las concentraciones de los extractos obtenidos de la corteza de la ua de gato, es claro que sus propiedades antiinflamatorias son evidentes y se requiere potenciar su uso a nivel industrial complementando sus beneficios con estudios farmacolgicos.Propiedades de la sangre de drago.
La sangre de Drago proveniente del rbol nativo de la familia de las euforbiceas cuyo nombre real es Croton lechleri, se la nombr as por el color rojo oscuro con diferentes tonalidades, parecido a la sangre de los animales mitolgicos que era la similitud ancestral establecida por los grupos aborgenes, es un producto propio de la resina latex de la corteza externa del tallo con abundantes letincelas, el rbol puede alcanzar de 10 a 20 metros de altura, con hojas de forma acorazonada con 15 a 20 cm de largo y de 5 a 14 cm de ancho y flores de color blanco verdoso.
B. Propiedades de la sangre de Drago
La sangre de Drago proveniente del rbol nativo de la familia de las euforbiceas cuyo nombre real es Croton lechleri, se la nombr as por el color rojo oscuro con diferentes tonalidades, parecido a la sangre de los animales mitolgicos que era la similitud ancestral establecida por los grupos aborgenes, es un producto propio de la resina latex de la corteza externa del tallo con abundantes letincelas y un sabor astringente, el rbol puede alcanzar de 10 a 20 metros de altura, con hojas de forma acorazonada con 15 a 20 cm de largo y de 5 a 14 cm de ancho y flores de color blanco verdoso.
El rbol crece en las regiones subtropicales y tropicales de Sudamrica entre una altitud de 1200 a 3000 metros, Croton lechleri es nativo de Bolivia, Colombia, Ecuador, Per y Brasil, y en algunos pases se cultiva para la produccin del ltex. La extraccin es a partir de los ocho aos de vida del rbol, la recoleccin se efecta realizando incisiones en la corteza del tronco.
El croton lechleri es una especie rica en catequinas y proantocianidinas, en su corteza se ha identificado esteroides, cumarinas, alcaloides, flavonoides, taninos, saponinas de baja concentracin, compuestos fenlicos, vitaminas A, E y C, entre otros compuestos qumicos.
Sus propiedades medicinales han sido bastante conocidas desde los orgenes nativos, donde su poder curativo fue documentado por el naturista Bernab Cobo a finales del siglo XVII, ya para esas pocas se evidenciaba que los indgenas usaban el latex o sangre de Drago para cubrir heridas como cicatrizante, y para frenar la infeccin. A travs del tiempo gener inters en la comunidad cientfica por sus efectos curativos y hoy en la actualidad es usada como: cicantrizante, bactericida, fungicida, antiviral, y en el tratamiento de enfermedades como gastritis, quemaduras, herpes, anemias, tuberculosis, gingivitis, diarrea, entre otras.
C. Procesos Industriales para generar valor agregado
Alrededor del mundo, y especialmente en los pases en desarrollo, se realiza una gran variedad de proyectos y programas en el sector agroalimentario que son dirigidos al desarrollo de los agronegocios y de la agroindustria rural, el fortalecimiento de las organizaciones de productores y empresas de pequea escala, el fomento de cadenas agro productivas o cadenas de valor, el mejoramiento de las condiciones del acceso de los pequeos productores a los mercados, al desarrollo rural y territorial, cambio tcnico adaptado a las condiciones particulares de la agricultura familiar, logro de la seguridad alimentaria en las reas rurales, y otros temas ms (Aldaz, 2017). El valor agregado que se les puede dar a los productos y servicios ofrecidos por los pequeos productores es un aspecto importante en muchos de estos proyectos y programas.
Fig. 1. Cadena de valor para productos agropecuarios
Fuente: Surez (2016)
D. Estrategias de agregacin de valor en la produccin agropecuaria
El Agricultural Marketing Resource Centre (AgMRC, s.f.) publica una definicin del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por su sigla en ingls) que seala diferentes fuentes de valor agregado, entre ellas, las siguientes:
- Un cambio en el estado fsico o la forma de un producto (por ejemplo, moler trigo para obtener harina, o convertir fresas en mermelada). |
- La diferenciacin fsica de un producto o commodity agropecuario de tal manera que resulta en el enriquecimiento del valor de este producto o commodity (por ejemplo, un sistema de marketing que hace uso de una identidad protegida).
- Indica, adems, que como resultado del cambio en el estado fsico o de la manera en la que un commodity o producto agropecuario es obtenido y diferenciado (como resultado de inversiones en mercadeo, procesamiento o diferenciacin fsica), la base de consumidores y la demanda potencial se expanden.
Tabla I Estrategias para la agregacin de valor en la cadena agropecuaria
Fuente: IICA (Instituto Interamericano de Cooperacin para la agricultura), 2014
La descripcin del USDA, que categoriza las fuentes para la agregacin de valor, hace notar que sta no solamente se puede realizar en el producto mismo, sino que tambin puede darse en cualquiera de los componentes de las cadenas que conforman el sistema agro productivo. Asimismo, destaca las estrategias y mecanismos que se enfocan en lograr atributos que sean percibidos por el consumidor, en forma tal que incidan en su decisin de compra y en el precio que est dispuesto a pagar por un producto o un servicio, en reconocimiento a su calidad, funcionalidad, forma, lugar de compra, tiempo y facilidad de adquisicin.
E. Conservacin y transformacin de productos agropecuarios
La forma ms tradicional y ampliamente conocida para agregar valor a los productos agropecuarios es su conservacin y transformacin. Esto significa que un producto fresco sea sometido a operaciones simples de postcosecha, como almacenamiento o limpieza, u otras ms complejas como la elaboracin de un producto procesado, pasando por otras ms orientadas a la conservacin que a la transformacin, como es el caso de la refrigeracin y congelacin (Costales, 2003). El propsito de todo tratamiento que se le brinde a los productos en este sentido es adecuarlos a los requerimientos de los compradores, sean clientes industriales o consumidores finales.
Tabla II Niveles de procesamiento agroindustrial
Fuente: Austin. 1992
Segn Austin (1992) se distinguen de manera general cuatro niveles de procesamiento agroindustrial, los cuales se presentan en la tabla anterior.
Metodologa
F. Delimitacin del Problema-Factores Causales
El factor geogrfico de la zona incide directamente en la atencin que los gobiernos locales prestan a los pobladores, para las comunidades ms alejadas del centro gubernamental de la provincia, los beneficios otorgados por este se vuelven menos evidentes.
El factor socioeconmico de estas poblaciones ha sido histricamente precario, debido a la poca actividad y capacidad econmica que se arraigaba desde que las comunidades empezaron a comerciar con los mercados locales, esta perspectiva pareci cambiar durante los aos 2000 al 2006(Morrillo, 2020), cuando se incit a empezar con la extraccin minera de los recursos de la zona, sin embargo, esta prctica se vio manchada por actos corruptos y una nula conciencia ambiental, por lo que estas mismas comunidades denunciaron estos actos, garantizando su soberana como pueblo, pero a su vez, renunciando a la oportunidad econmica que implica la minera, as, estos pueblos continan siendo econmicamente inestables, y requieren de un nuevo sistema econmico para su desarrollo.
G. Recopilacin de datos de los factores causales
El mayor asentamiento de estas comunidades est ubicado dentro del cantn Limn Indanza, provincia de Morona Santiago al sureste de Ecuador, el territorio perteneciente a estos pueblos consta de alrededor de 26, 777 hectreas, 40 km al norte de la mina de Mirador y fronteriza a los depsitos San Carlos & Pananza(Mideros, 2012).
Segn encuestas y censos realizados en las comunidades por el gobierno autnomo descentralizado de Morona Santiago el asentamiento de las comunidades Warints y Yawi alberga a personas de nacionalidad Shuar, con una poblacin de alrededor de 200 Familias.
De manera general, estos censos implican un cierto margen de error debido a que se realizaron hace casi 10 aos y el margen esperado de crecimiento para este tipo de comunidades puede llegar a aumentar en aproximadamente 50 familias, este factor incide notablemente en la economa de la zona, como se ver posteriormente.
Fig. 2. Ubicacin de las comunidades amaznicas Warints y Yawi.
Fuente: Diario El Telgrafo (2017)
Las comunidades Warints y Yawi han sido histricamente pobres a lo largo de su existencia, y subsisten gracias a su modo de vida comunitaria, sin embargo, estos ndices se han ido agravando cada vez ms, hasta volverse insostenibles para los pobladores.
Fig. 3. ndice de pobreza de las comunidades amaznicas
Fuente: Instituto Nacional de Estadsticas y Censos
En el grfico se observa el ndice de pobreza y pobreza extrema de las comunidades amaznicas a partir del ao 2014 hasta el ao 2019, se puede apreciar que luego del cese de la actividad minera la economa de estas comunidades ha decrecido de manera progresiva, adems, se observa que el mayor incremento se da en el 2019, debido a la crisis mundial por la pandemia originada en ese ao, dando a entender que tambin ha afectado en gran medida a estas comunidades.
El anlisis del problema sugiere la imperante implementacin de soluciones para combatir las necesidades expuestas y contribuir de manera directa en el desarrollo y fortalecimiento de una economa estable para estas comunidades ancestrales.
Tabla III TAXONOMA DE LA SANGRE DE DRAGO Y UA DE GATO
Fuente: basada EN JACOBSEN (2003)
H. Planteamiento de las posibles soluciones
Fig. 4. Generacin De Ideas De Solucin
Fuente: Elaboracin Propia
Podemos observar que las soluciones que se presenten sern de alto impacto para la vida de los habitantes de las comunidades que se pretende intervenir, debido a que el desarrollo econmico incide directamente en la calidad de vida de las personas de las comunidades.
I. rbol de Decisin
Fig. 5. rbol de decisin
Fuente: Elaboracin Propia
Una vez establecidos de manera adecuada los diferentes criterios necesarios para poder afrontar la solucin del problema, se plantear una ruta de solucin mediante la tcnica de solucin de problemas del rbol de decisin.
La figura anterior nos plantea una ruta de solucin que se ha analizado segn los requerimientos del problema, entre las decisiones ms importantes, se encuentra la eleccin de las plantas sobre las cuales se va a trabajar, debido a su alta produccin y rentabilidad, siendo para este caso, las plantas ua de gato y sangre de drago, las elegidas, debido a su familiaridad con los pobladores y la alta rentabilidad que poseen estas plantas nativas, as como su fama en cuanto a medicina natural y alternativa
Segn sus propiedades medicinales, ambas plantas son altamente demandadas por los mercados internacionales principalmente en los pases en los que se encuentra ms arraigada la medicina alternativa o los artculos de origen orgnico.
J. Procesos de Valor Agregado
Existen una gran cantidad de procesos de valor agregado para las plantas seleccionadas, dentro de las cuales se destacan la extraccin de aceites esenciales, las saponificaciones, los productos alimenticios derivados, as como la pulverizacin de los productos secos.
Tabla IV TAXONOMA DE LA SANGRE DE DRAGO Y UA DE GATO
Fuente: Elaboracin propia basada EN JACOBSEN (2003)
De todas estas opciones de procesos se debe escoger un proceso que sea capaz de satisfacer las condiciones del problema, y que adems sea aplicable para cualquiera de las plantas elegidas, las cuales por su taxonoma no son compatibles en tu totalidad.
Analizando nicamente la rentabilidad, nos encontramos con que existen dos procesos industriales que son los ms rentables para el mercado nacional e internacional, la deshidratacin, y el liofilizado.
Analizando nicamente la rentabilidad, nos encontramos con que existen dos procesos industriales que son los ms rentables para el mercado nacional e internacional, la deshidratacin, y el liofilizado.
De estos escogeremos el proceso ms bsico, es decir el proceso de deshidratacin y micro pulverizacin como proceso de valor agregado, debido a que es un proceso industrial que no requiere de gran inversin, se adapta a ambas plantas, y segn datos es de los procesos ms rentables que se pueden presentar (Jacobsen, 2003).
Por tanto, los prototipos que se buscarn disear se vern orientados a satisfacer este proceso, siendo fundamental el proceso de pulverizacin y deshidratacin. Propuesta del diseo
Tabla V TAXONOMA DE LA SANGRE DE DRAGO Y UA DE GATO
Fuente: irena
Propuesta del diseo
A. Molino pulverizador de martillo
Un molino de martillo es una mquina que puede moler, pulverizar y aplastar una amplia gama de materiales.
Este equipo emplea una lluvia de golpes de martillo para destruir y desintegrar generalmente alimentos secos, como por ejemplo piensos para el ganado o alimentos para mascotas, entre otros. Por otra parte, estos equipos son ampliamente utilizados para el procesamiento de semillas oleaginosas como la soja, girasol, canola y tambin son muy usados para pulverizar hierbas aromticas y hortalizas que han sido previamente deshidratadas (Ibarra, 2018).
Su diseo permite una fcil y rpida limpieza del equipo; son fabricados en Acero Inoxidable o Hierro Gris segn el presupuesto y los requerimientos.
Estos molinos tienen diseos simples, que los hacen fcil de operar y mantener, estn hechos para una alta capacidad de molienda. Funcionan segn los materiales o el tipo de producto, ya sea que se triture o se rompa (Bazurto, 2010).
Su principal desventaja es el costo de fabricacin, y los medios de manufactura, sobre todo con los martillos, para los cuales se necesitan altos grados de dureza si se quiere que estos cumplan con la misma cantidad de vida til que poseen los otros elementos, por lo que es comn que se importen estos de manera estndar, haciendo que aumente exponencialmente el precio de fabricacin e implementacin.
Fig. 6. Prototipo de Molino pulverizador de martillo
Fuente: Elaboracin Propia
Se tiene para este caso, un molino de martillos simple con cuatro martillos para el proceso de molienda, con insercin de la materia prima por gravedad, y un ndice de compactacin alto debido al proceso de funcionamiento.
Fig. 7. Estructura Interna
Fuente: Elaboracin Propia
Para poder abarcar el diseo de los componentes del molino de martillos, debemos obtener datos importantes para el diseo, como la fuerza de corte del material, el cual se halla entre los 20 N para las hojas de ua de gato seca, y los 36 N para la sangre de drago deshidratada, la velocidad tangencial de los martillos, establecida en 60 m/s, el radio de giro, Rg=18 cm, y la longitud de los martillos, establecidos en 10 cm, dndonos una fuerza centrfuga aproximada de Fcf=1000 N(Mott, 2006).
B. Diseo de la herramienta de percusin (Martillos)
Es la herramienta primordial de molienda, su diseo consiste en forma bsica, en el clculo de sus dimensiones, El material que se recomienda para esta tarea es el AISI 01, debido a que es un material adecuado para los procesos de molienda.
Partimos calculando la masa necesaria que se necesita en los martillos.
Una vez obtenido este parmetro se procede a establecer un espesor de la herramienta en base al producto a ser triturado e=0.07 m, y empleamos para el ancho de la herramienta la ecuacin siguiente:
(2)
Teniendo una geometra para las herramientas de percusin como se muestra en la siguiente figura.
Fig. 8. Geometra de la herramienta de percusin
Fuente: Elaboracin Propia
C. Diseo del Eje Secundario
En un molino de este tipo, los ejes secundarios son los encargados de soportar los martillos, por este motivo lo ms comn es que se diseen con las siguientes fuerzas: la fuerza centrfuga y el propio peso de los martillos Fy=Fcf+Wm. Y los discos sern los apoyos del eje secundario, por tanto, se analizan 4 martillos y cinco apoyos de disco.
El material para emplear para el eje secundario ser AISI 1018, y el dimetro seleccionado es de 30 mm, la longitud en funcin del diseo provisional es de 450 mm.
Fig. 9. Fuerzas en el eje secundario
Fuente: Elaboracin Propia
Con estos parmetros de clculo se tiene un factor de seguridad de 6,5 lo cual es acertado para un dispositivo de molienda.
D. Diseo de los discos
Los discos en un molino de martillos son los elementos que soportan los ejes secundarios, por tanto, el dimetro del disco depende directamente del radio de giro preestablecido y de la longitud de los martillos. El material de estos ser ASTM 36, y las fuerzas que soportan los discos son las reacciones aproximadas de los apoyos.
De manera general, las reacciones en los apoyos van desde los 3.07 a los 3.09 KN(Mott, 2006).
Fig. 10. Reacciones en los discos
Fuente: Elaboracin Propia
As el dimensionamiento propuesto es un dimetro de 380 mm, y espesor de 25 mm con el cual se puede llegar a asegurar un coeficiente de seguridad de 8.
Fig. 11. Dimensiones principales del disco
Fuente: Elaboracin Propia
E. Potencia del motor
Para el clculo de la potencia del motor, se debe sumar la potencia en vaco P y la potencia de carga, para lo cual se tiene las siguientes ecuaciones:
(3)
(4)
(5)
En donde: #: nmero de martillos, n: rpm
del rotor, 
factor
dependiente de la velocidad de rotacin de los martillos 
:
rendimiento mecnico por transmisin. 
:
rendimiento del motor, k: Constante Rittinger, 
:
Factor que depende del tipo de molienda, seca o hmeda. 
:
Dimetro del producto de entrada y de salida respectivamente.
(6)
F. Diseo del eje principal
El eje principal soporta las fuerzas flexionantes por la presencia de la polea del sistema de transmisin, las fuerzas del sistema de transmisin, las reacciones de los apoyos, adems soporta el torque del motor (ver figura 5). El material del eje es acero AISI 1018. Para calcular el dimetro del eje principal se tiene la siguiente ecuacin:
(7)
El momento mximo resultante es 
,
mientras que la resistencia a la fatiga real estimada se calcula con la
siguiente ecuacin 
191,25
.
Para un factor de seguridad 
,
se obtiene un eje de 
de
dimetro.
Fig. 12. Dimensiones del eje principal
Fuente: Elaboracin Propia
G. Diseo de Bastidor
El bastidor aloja elementos como el
sistema de trituracin, las chumaceras, entre otros, por lo tanto, soporta las
reacciones de la dinmica del sistema. La fuerza a la que se encuentra sometido
el bastidor es la fuerza presente en los apoyos del eje principal 
,
el material de construccin del bastidor es ASTM A36, y espesor de 
.
Fig. 13. Diseo del bastidor
Fuente: Elaboracin Propia
H. Diseo de la tolva
La principal caracterstica de las
tolvas de alimentacin y de descarga es el ngulo de inclinacin, el mismo que
depende del coeficiente de friccin ( 
),
en este caso entre el grano y el acero y se calcula con la siguiente ecuacin:
(8)
El material de las tolvas es de acero
ASTM A36, la tolva de alimentacin tiene una capacidad de 
su
espesor es de 
.
Fig. 14. Diseo de la tolva
Fuente: Elaboracin Propia
Una vez realizado el anlisis y diseo de los componentes, se realiza el ensamble general del molino de martillos como se presenta en la figura 6.
I. Molino de bolas
Un molino de bolas es un tipo de molino utilizado para moler y mezclar materiales para ser utilizados en procesos de mezclado de minerales, pinturas, pirotecnia, cermicas y sinterizacin de lser selectivo. Funciona por el principio de impacto y friccin (Mndez, 1993).
No es muy habitual su aplicacin en alimentos debido a que la gran mayora de procesos no requieren altos grados de pulverizacin, y es ms difcil cuidar la higiene por el mtodo que se utiliza.
Cuando se emplea para procesos alimenticios, se suelen cambiar las bolas de acero por acero inoxidable, cermica o goma dependiendo del ndice de atomizacin (Espinoza. 2016).
Fig. 15. Estructura Interna
Fuente: Elaboracin Propia
Para la aplicacin que se requiere se emplear un molino de bolas simple, cuyo cilindro ser de acero inoxidable, para asegurar la correcta higiene para el consumo humano, y las bolas de molienda tambin debern cumplir con este parmetro.
Fig. 16. Estructura Interna
J. Principio de funcionamiento
Los molinos de bolas tienen una capa cilndrica o cnica que gira sobre un eje horizontal, y se cargan con bolas bien sea de acero, pedernal o porcelana, como medio de molienda. La alimentacin de los molinos de bolas debe ser de 2,4 a 4 cm (1 a 1 in) para materiales muy frgiles, pero por lo general el tamao mximo es de 1,3 cm (1/2 in), valores que han sido obtenidos por medio de ensayos experimentales. La mayor parte de los molinos de bolas operan con una razn de reduccin de 20:1 a 200:1. (Alcntara Valladares J.R., 2008).
(9)
Fig. 17. Vista transversal de la disposicin de la carga dentro del molino
Fuente: Elaboracin propia
Para una molienda ptima el volumen del conjunto carga de molienda y material a moler deben constituir como mnimo aproximadamente 28% del volumen total del molino. Rescatando un 49% de ese conjunto que corresponde a volumen vaco, y el llenado ptimo del molino de bolas debe ser tal que h= 0,16D. (Alcntara Valladares J.R., 2008).
K. Operacin
La fragmentacin de las partculas se va a conseguir por medio de la combinacin de fuerzas de compresin, cizalladura y abrasin. La fragmentacin del mineral se realiza en el interior de unos equipos cilndricos rotatorios de acero que se conocen con el nombre de molinos de rodamiento de carga o simplemente molinos.
Estos equipos pueden trabajar de forma discontinua y de forma continua, pueden trabajar en circuito abierto o circuito cerrado. (Martnez P. 2011).
Tabla VI Propiedades de las bolas de Circonio para molienda
Fuente: (Martnez P. 2011)
Forma discontinua: cuando el molino se recarga de material y se cierra para hacerlo girar, terminada esta operacin, el molino se abrir para a continuacin separar el mineral de los cuerpos molturantes. Esta forma de trabajar se utiliza en molinos pequeos de laboratorio. (Martnez P. 2011).
Forma continua: El molino se alimenta de forma continua por un extremo y simultneamente se va descargando el mineral molido por el otro extremo (o por el centro segn el molino). La operacin nicamente se detendr para trabajos de mantenimiento o recarga de los cuerpos molturantes. En la industria minera y produccin de ridos, se trabaja siempre de forma continua. (Martnez P. 2011).
Los medios de molienda efectan movimientos de cascada y catarata (Fig. 6). El primero de ellos se aplica al rodado de las bolas de la parte superior hacia la base del montn, y el segundo al lanzamiento de las bolas por el aire hasta la punta del montn. (Alcntara Valladares J.R., 2008) (Martnez P. 2011).
L. Velocidad Crtica del Molino
El criterio que se sigue para comparar la accin de las bolas en molinos de varios tamaos se basa en el concepto de velocidad crtica. Se trata de la velocidad terica a la que la fuerza centrfuga ejercida sobre una bola en contacto con la cubierta del molino, a la altura de su trayectoria, es igual a la fuerza sobre ella debido a la gravedad. (Alcntara Valladares J.R., 2008). La expresin que nos proporciona el valor de la velocidad crtica, para un molino de bolas dado, es la siguiente:
Tabla VII Propiedades de las bolas de Circonio para molienda
Fuente: (Martnez P. 2011)
Donde:
Nc=Velocidad Crtica en r.p.m.
D=Dimetro del molino en m.
Las velocidades reales de los molinos van de 65 a 80% de su valor crtico. (Alcntara Valladares J.R., 2008) (Martnez P. 2011)
M. Masa de carga
El volumen de carga depende hasta cierto punto del tipo de molino. El clculo se basa en determinar el tamao del molino y el volumen de carga necesario para usar la potencia requerida de modo de obtener la produccin propuesta. Necesitaremos conocer la fraccin de carga del volumen del molino (J) y la densidad de la bola. Se ha 33 encontrado en la prctica que un valor ptimo de (J) para este tipo de molinos es mnima 28%, y por debajo del 50%.
As el peso de la bola se relaciona con el porcentaje de volumen de carga, manteniendo una relacin de longitud (L) y dimetro (D) del molino L/D de 2,35:1, para esta forma cilndrica del molino. (Alcntara Valladares J.R., 2008)
Fig. 18. Corte Transversal de un molino de bolas
Fuente: (Alcntara Valladares J.R., 2008).
N. Dimensionamiento de las bolas
Para solventar la necesidad de una alimentacin calculada segn el tamao de la bola se han propuesto mtodos que se relacionan con el material a triturar.
De manera experimental se pudo comprobar que una expresin para relacionar de manera adecuada la masa de bolas y los materiales de molienda se encuentran mediante la siguiente expresin.
(10)
Donde 𝐷𝑏 es el dimetro de las bolas cm (in), 𝑋𝑝 es el tamao de partculas de alimentacin ms gruesas, 𝐸𝑡 es el ndice de trabajo del material alimentado, 𝐾 es la constante de molibilidad, la cual es una medida de la velocidad de molienda del material en un molino particular de bolas
O. Seleccin de las bolas del Molino
Estas bolas se pueden encontrar de manera industrial prefabricadas, para su seleccin se toma en cuenta el uso que se va a requerir. Es usual que para los procesos de molienda de alimentos o productos ingeribles, se escojan bolas de circonio, fabricados para procesos alimenticios, terminando en un material cercano a lo que seran las carillas dentales, siendo por este proceso apto para el trabajo con alimentos.
Tabla VIII Propiedades de las bolas de Circonio para molienda
Fuente: Kings MineMate
P. Deshidratador solar inclinado
Como dispositivo final se requiere un equipo capaz de ayudar al proceso de deshidratacin, para lo cual se busca implementar un calentador solar de tubos, el cual ser el encargado de acelerar el proceso de secado en el caso de que se requiera que la produccin se acelere (Espinoza, 2003).
Fig. 19. Deshidratador solar inclinado de dos alas
El dispositivo elegido ya se encuentra validado, y es altamente empleado en estos procesos debido a que posee una fabricacin simple y una eficiencia alta de secado en especial para hojas o productos con poco porcentaje de agua
El dimensionamiento de este modelo se encuentra acorde con lo esperado en cuanto a ndice de produccin de cualquiera de los dos prototipos de molino, pero se puede expandir de ser requerido para aminorar el tiempo de secado segn la demanda de produccin.
La mayora de las aplicaciones de este mtodo de secado implican una fuente de sol medianamente estable, segn estudios en el Ecuador hay muchas oportunidades de que esta se aplique de manera adecuada, siendo una opcin ms que aceptable para poder manejar los procesos de secado.
Fig. 20. Deshidratador solar inclinado de un ala en campo
Fuente: Knecevic,2010
Q. Principio de funcionamiento
En este tipo de secadero, la radiacin solar no incide directamente sobre el producto a secar. El aire se calienta en un calentador solar y es conducido a la cmara de secado para deshidratar el producto. Generalmente se utilizan como colectores placas solares para calentar el aire en aplicaciones que utilizan baja y moderada temperatura. La eficiencia de estos calentadores depende del diseo y de las condiciones de operacin.
Fig. 21. Esquema de un Deshidratador solar inclinado
Fuente: (Knecevic,2010)
En la (Fig.25) aparece el esquema de un secadero de este tipo. El material para secar se coloca sobre bandejas perforadas situadas unas encima de otras. El aire del ambiente se calienta con una placa absorbedora, unido al fondo de la caja y fluye por s solo al espacio de secado. La operacin de los secadores solares es muy simple y no requieren casi nada de mantenimiento. De cualquier manera, se recomienda 66 mantenerlo limpio y seco, para que el calor y la luz puedan ser absorbidos correctamente.
Plan de Mantenimiento
Existen cuatro tipos reconocidos de operaciones de mantenimiento, los cuales estn en funcin del momento en el tiempo en que se realizan, el objetivo particular para el cual son puestos en marcha, y en funcin a los recursos utilizados, as tenemos:
A. Mantenimiento Correctivo
Este mantenimiento tambin es denominado mantenimiento reactivo, tiene lugar luego que ocurre una falla o avera, es decir, solo actuar cuando se presenta un error en el sistema. En este caso si no se produce ninguna falla, el mantenimiento ser nulo, por lo que se tendr que esperar hasta que se presente el desperfecto para recin tomar medidas de correccin de errores (Zurita, 2010).
B. Mantenimiento Proactivo
Este mantenimiento tiene como fundamento los principios de solidaridad, colaboracin, iniciativa propia, sensibilizacin, trabajo en equipo, de moto tal que todos los involucrados directa o indirectamente en la gestin del mantenimiento deben conocer la problemtica del mantenimiento, es decir, que tanto tcnicos, profesionales, ejecutivos, y directivos deben estar conscientes de las actividades que se llevan a cabo para desarrollas las labores de mantenimiento.
C. Mantenimiento Preventivo
Este mantenimiento tambin es denominado mantenimiento planificado, tiene lugar antes de que ocurra una falla o avera, se efecta bajo condiciones controladas sin la existencia de algn error en el sistema. Se realiza a razn de la experiencia y pericia del personal a cargo, los cuales son los encargados de determinar el momento necesario para llevar a cabo dicho procedimiento; el fabricante tambin puede estipular el momento adecuado a travs de los manuales tcnicos. Presenta las siguientes caractersticas (Garcia, 2010):
- Se realiza en un momento en que no se est produciendo, por lo que se aprovecha las horas ociosas de la planta.
- Se lleva a cabo siguiente un programa previamente elaborado donde se detalla el procedimiento a seguir, y las actividades a realizar, a fin de tener las herramientas y repuestos necesarios a la mano.
- Cuenta con una fecha programada, adems de un tiempo de inicio y de terminacin preestablecido y aprobado por la directiva de la empresa.
- Est destinado a un rea en particular y a ciertos equipos especficamente. Aunque tambin se puede llevar a cabo un mantenimiento generalizado de todos los componentes de la planta.
- Permite a la empresa contar con un historial de todos los equipos, adems brinda la posibilidad de actualizar la informacin tcnica de los equipos.
- Perite contar con un presupuesto aprobado por la directiva.
A. Mantenimiento Predictivo
Consiste en determinar en todo instante la condicin tcnica (mecnica y elctrica) real de la mquina examinada, mientras esta se encuentre en pleno funcionamiento, para ello se hace uso de un programa sistemtico de mediciones de los parmetros ms importantes del equipo. El sustento tecnolgico de este mantenimiento consiste en las aplicaciones de algoritmos matemticos agregados a las operaciones de diagnstico, que juntos pueden brindar informacin referente a las condiciones del equipo. Tiene como objetivo disminuir las paradas por mantenimientos preventivos, y de esta manera minimizar los costos por mantenimiento y por no produccin. La implementacin de este tipo de mtodos requiere de inversin en equipos, en instrumentos, y en contratacin de personal calificado. Tcnicas utilizadas para la estimacin del mantenimiento predictivo (Knecevic, 2010):
Fig. 22. Plan de Mantenimiento anual
Fuente: (Knecevic,2010)
Para el diseo de los elementos del molino de martillos se estableci un factor de seguridad mnimo de 3; para produccin a gran escala de molinos de martillos, se recomienda que el factor de seguridad de los elementos diseados se reduzca a 3, esto ayudara a minimizar costos de produccin.
La trituracin de hojas y granos secos, genera determinada cantidad de harina, la misma que no siempre es aprovechada al mximo; por lo cual se recomienda implementar un sistema de absorcin de harina, que puede ser acoplado al motor del molino, esto podra ser una investigacin futura acerca de la industrializacin mediante procesos de molienda, as mismo, se podra analizar la seguridad ambiental para el manejo de los polvos compactos generados por los molinos, debido a que por su ndice de compactacin, estos pueden llegar a ser peligrosos para los operarios.
Para el caso del molino de bolas, los factores principales a considerar son los parmetros de velocidad crtica, y los dimetros de las bolas seleccionadas para la molienda de las hojas de los frutos secos, en el caso de la velocidad critica, esta se ve intrnsecamente ligada a la potencia seleccionada del motor, y las bolas en cambio, al ndice de compactacin del material.
Dado que nuestro molino es un molino de capacidad media, y una carga de trabajo baja, es mucho ms sencillo comprobar la velocidad crtica que en otros molinos similares, el principal problema que se le puede presentar a nuestro modelo es que el ndice de compactacin sea demasiado bajo, por lo cual es fundamental calcular de manera adecuada el volumen de llenado y los dimetros de las bolas a emplear para el proceso de molienda.
El deshidratador solar en cambio, es un dispositivo mucho ms simple y comprobado por investigaciones previas en cuanto a su funcionamiento y diseo conceptual, la gran mayora de los deshidratadores solares inclinados presentes en el mercado, tienen una forma similar a nuestro prototipo, pero normalmente disponen nicamente de una ala, en nuestro caso, para poder llegar a la temperatura optima de secado de manera ms acelerada, empleamos dos alas de absorcin de calor, lo que puede llegar a mejorar los tiempos de deshidratacin en comparacin con otros dispositivos similares.
Conclusiones
En base al anlisis de las propiedades de las dos especies nativas como son la ua de gato y la sangre de Drago y considerando sus notables beneficios medicinales, se vuelve prioritario establecer mtodos para su industrializacin, y el estudio actual presenta una alternativa para ello.
Analizando de manera detenida cada uno de los prototipos planteados, podemos llegar a la conclusin de que se puede satisfacer las condiciones del problemas, ya que fuimos capaces de elegir en primera instancia un proceso industrial adecuado, para las plantas ms rentables de la zona, y en segunda instancia de proponer soluciones mediante mtodos ingenieriles y dispositivos tcnicos para nuestro problema inicial, para una primera intervencin, nicamente implementaramos el molino de bolas, debido a que por su costo, y su principio de funcionamiento sera el ms rentable, y en funcin del xito de la implementacin continuaramos con el resto de dispositivos.
Los tres dispositivos generados, son capaces de producir un sistema para el proceso industrial de pulverizacin completo, siendo capaces de generar valor agregado a los productos seleccionados que era el objetivo de nuestra investigacin.
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2022 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
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