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An�lisis de las propiedades de la u�a de gato y de la sangre de drago y dise�o de un equipo para su industrializaci�n 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
An�lise das propriedades da unha de gato e sangue de drag�o e projeto de equipamentos para sua industrializa��o nas comunidades Warints e Yawi
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Lidia del Roc�o Castro CepedaI |
Ronald Ariel Varela SecairaII https://orcid.org/0000-0002-5566-2066
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Mishell Carolina Moreno SamaniegoIII |
Diego Fernando Mayorga P�rezIV https://orcid.org/0000-0003-2727-942X
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�M�nica Alexandra Moreno BarrigaV |
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Correspondencia: lidia.castro@espoch.edu.ec |
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Ciencias T�cnicas y Aplicadas �������
Art�culo de Investigaci�n�
* Recibido: 25 de abril de 2022 *Aceptado: 20 de mayo de 2022 * Publicado: 20 de Junio de 2022
I. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador
II. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
III. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
IV. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
V. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
Resumen
Este art�culo presenta una propuesta para el an�lisis de las propiedades de dos plantas nativas de las comunidades Warints y Yawi , como lo son la sangre de drago y la u�a de gato; adem�s el dise�o de dispositivos que se buscan emplear para la industrializaci�n en las comunidades de la Amazonia ecuatoriana, planteando en primera instancia las diferentes opciones que se tienen para realizar esta mejora en la producci�n, trabajos similares como antecedentes y varias opciones para la industrializaci�n, escogiendo el proceso de micro pulverizaci�n, y en segunda instancia, el planteamiento de los diferentes dispositivos que se emplear�n para poder agregar valor de mercado a estos productos nativos mediante el proceso seleccionado, adem�s se justificar� su implementaci�n, tanto de forma econ�mica como pr�ctica y el orden en el que se debe realizar para� asegurar que el proyecto tenga �xito, culminando con la elecci�n� optima de los dispositivos mec�nicos necesarios para satisfacer el proceso industrial.
Palabras Clave: dise�o; micro pulverizaci�n; productos nativos; an�lisis f�sico qu�mico.
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 an�lise das propriedades de duas plantas nativas das comunidades Warints e Yawi, como sangue de drag�o e unha de gato; Al�m disso, o desenho de dispositivos que se pretende utilizar para a industrializa��o nas comunidades da Amaz�nia equatoriana, considerando em primeira inst�ncia as diferentes op��es dispon�veis para realizar essa melhoria na produ��o, trabalhos semelhantes como pano de fundo e v�rias op��es para industrializa��o, escolhendo o processo de microaspers�o e, em segundo lugar, a abordagem dos diferentes dispositivos que ser�o utilizados para poder agregar valor de mercado a esses produtos nativos atrav�s do processo selecionado, al�m de justificar sua implementa��o, tanto economicamente e pr�tica e a ordem em que deve ser realizado para garantir o sucesso do projeto, culminando na escolha �tima dos dispositivos mec�nicos necess�rios para satisfazer o processo industrial.
Palavras-chave: design; micropulveriza��o; produtos nativos; an�lise f�sico-qu�mica.
Introducci�n �
Dentro de la Amazon�a ecuatoriana existen varios problemas que impiden que los pobladores de esta regi�n tengan acceso a una vida digna, esta situaci�n se ve especialmente reflejada en las comunidades m�s 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 econ�mico a largo plazo, es por este antecedente que se plantea brindar una soluci�n perdurable de estas problem�ticas para estos asentamientos humanos amaz�nicos.
La econom�a local de estas zonas depende principalmente de la producci�n de plantas nativas de la regi�n amaz�nica 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 exportaci�n de productos.
Debido a que se tiene una producci�n 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 mayor�a de los pobladores no consigue una vida digna por este motivo, lo cual es una raz�n social suficiente como para justificar la ejecuci�n de un proyecto comunitario que sea capaz de resolver este problema con responsabilidad profesional y �tica ambiental (V�lez, 2015)
Marco teorico
A. �Propiedades de la u�a de gato
Es una planta de la amazonia cuyo nombre cient�fico es: Uncaria Tomentosa, tambi�n se la encuentra en varios pa�ses de Sudam�rica. 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 u�a de gato, la planta pertenece a la familia de la Rubiaceae, su forma es de un arbusto trepador que sube a los �rboles aleda�os generando enredaderas con una altura de hasta 20 metros. La composici�n qu�mica de la corteza de la u�a de gato presenta compuesto alcaloides, triterpenos, esteroles, compuestos fen�licos.
En base a los an�lisis fisicoqu�micos de la corteza de la planta se han determinado alrededor de 6 alcaloides ox�ndolicos pentac�clicos y esteroles como sitosterol, estigmasterol y campesterol, los mismos que mediante el estudio farmacol�gico han evidenciado actividad antiinflamatoria y antioxidante moderada en pruebas en rat�n. Un heter�sido del �cido quinovico present� actividad antiinflamatoria de forma independiente al contenido de alcaloides, sino m�s bien est� en funci�n de las propiedades inmunoestimulantes, por lo cual en base a todos los an�lisis se evidencia que esta droga vegetal presenta propiedades de actividad biol�gica alta gracias a la acci�n sin�rgica de diferentes compuestos encontrados en la corteza.
La u�a de gato es considerada en base a los estudios realizados como un gran antiinflamatorio y antioxidante que contiene propiedades de prevenci�n de da�os gastrointestinales, inhibici�n del (TNF) factor de necrosis tumoral, adem�s de su actividad inmunoestimulante. El extracto de la corteza ha presentado resultados favorables en el tratamiento de la leucopenia inducida en ratas despu�s 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 a�n falta mucho por estudiar seg�n indican los qu�micos y bioqu�micos pues se requiere analizar los efectos de acuerdo a las concentraciones de los extractos obtenidos de la corteza de la u�a de gato, es claro que sus propiedades antiinflamatorias son evidentes y se requiere potenciar su uso a nivel industrial complementando sus beneficios con estudios farmacol�gicos.Propiedades de la sangre de drago.
La sangre de Drago proveniente del �rbol nativo de la familia de las euforbi�ceas 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 mitol�gicos que era la similitud ancestral establecida por los grupos abor�genes, 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 euforbi�ceas 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 mitol�gicos que era la similitud ancestral establecida por los grupos abor�genes, 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 Sudam�rica entre una altitud de 1200 a 3000 metros, Croton lechleri es nativo de Bolivia, Colombia, Ecuador, Per� y Brasil, y en algunos pa�ses se cultiva para la producci�n del l�tex. La extracci�n es a partir de los ocho a�os de vida del �rbol, la recolecci�n se efect�a 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 concentraci�n, compuestos fen�licos, vitaminas A, E y C, entre otros compuestos qu�micos.
Sus propiedades medicinales han sido bastante conocidas desde los or�genes 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 ind�genas usaban el latex o sangre de Drago para cubrir heridas como cicatrizante, y para frenar la infecci�n. A trav�s del tiempo gener� inter�s en la comunidad cient�fica 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 pa�ses 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 peque�a escala, el fomento de cadenas agro productivas o cadenas de valor, el mejoramiento de las condiciones del acceso de los peque�os productores a los mercados, al desarrollo rural y territorial, cambio t�cnico adaptado a las condiciones particulares de la agricultura familiar, logro de la seguridad alimentaria en las �reas rurales, y otros temas m�s (Aldaz, 2017). El valor agregado que se les puede dar a los productos y servicios ofrecidos por los peque�os productores es un aspecto importante en muchos de estos proyectos y programas.
Fig. 1. Cadena de valor para productos agropecuarios
Fuente: Su�rez (2016)
D. Estrategias de agregaci�n de valor en la producci�n agropecuaria
El Agricultural Marketing Resource Centre (AgMRC, s.f.) publica una definici�n del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por su sigla en ingl�s) que se�ala diferentes fuentes de valor agregado, entre ellas, las siguientes:
- Un cambio en el estado f�sico o la forma de un producto (por ejemplo, moler trigo para obtener harina, o convertir fresas en mermelada). |
- La diferenciaci�n f�sica 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, adem�s, que como resultado del cambio en el estado f�sico o de la manera en la que un commodity o producto agropecuario es obtenido y diferenciado (como resultado de inversiones en mercadeo, procesamiento o diferenciaci�n f�sica), la base de consumidores y la demanda potencial se expanden.
Tabla I Estrategias para la agregaci�n de valor en la cadena agropecuaria
Fuente: IICA (Instituto Interamericano de Cooperaci�n para la agricultura), 2014
La descripci�n del USDA, que categoriza las fuentes para la agregaci�n de valor, hace notar que �sta no solamente se puede realizar en el producto mismo, sino que tambi�n 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 decisi�n 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 adquisici�n.
E. �Conservaci�n y transformaci�n de productos agropecuarios
La forma m�s tradicional y ampliamente conocida para agregar valor a los productos agropecuarios es su conservaci�n y transformaci�n. Esto significa que un producto fresco sea sometido a operaciones simples de postcosecha, como almacenamiento o limpieza, u otras m�s complejas como la elaboraci�n de un producto procesado, pasando por otras m�s orientadas a la conservaci�n que a la transformaci�n, como es el caso de la refrigeraci�n y congelaci�n (Costales, 2003). El prop�sito 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
Seg�n Austin (1992) se distinguen de manera general cuatro niveles de procesamiento agroindustrial, los cuales se presentan en la tabla anterior.
Metodolog�a ��������
F. �Delimitaci�n del Problema-Factores Causales
El factor geogr�fico de la zona incide directamente en la atenci�n que los gobiernos locales prestan a los pobladores, para las comunidades m�s alejadas del centro gubernamental de la provincia, los beneficios otorgados por este se vuelven menos evidentes.
El factor socioecon�mico de estas poblaciones ha sido hist�ricamente precario, debido a la poca actividad y capacidad econ�mica que se arraigaba desde que las comunidades empezaron a comerciar con los mercados locales, esta perspectiva pareci� cambiar durante los a�os 2000 al 2006(Morrillo, 2020), cuando se incit� a empezar con la extracci�n minera de los recursos de la zona, sin embargo, esta pr�ctica se vio manchada por actos corruptos y una nula conciencia ambiental, por lo que estas mismas comunidades denunciaron estos actos, garantizando su soberan�a como pueblo, pero a su vez, renunciando a la oportunidad econ�mica que implica la miner�a, as�, estos pueblos contin�an siendo econ�micamente inestables, y requieren de un nuevo sistema econ�mico para su desarrollo.
G. Recopilaci�n de datos de los factores causales
El mayor asentamiento de estas comunidades est� ubicado dentro del cant�n Lim�n Indanza, provincia de Morona Santiago al sureste de Ecuador, el territorio perteneciente a estos pueblos consta de alrededor de 26, 777 hect�reas, 40 km al norte de la mina de Mirador y fronteriza a los dep�sitos San Carlos & Pananza(Mideros, 2012).
Seg�n encuestas y censos realizados en las comunidades por el gobierno aut�nomo descentralizado de Morona Santiago el asentamiento de las comunidades Warints y Yawi alberga a personas de nacionalidad Shuar, con una poblaci�n de alrededor de 200 Familias.
De manera general, estos censos implican un cierto margen de error debido a que se realizaron hace casi 10 a�os 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 econom�a de la zona, como se ver� posteriormente.
Fig. 2. Ubicaci�n de las comunidades amaz�nicas Warints y Yawi.
Fuente: Diario El Tel�grafo (2017)
Las comunidades Warints y Yawi han sido hist�ricamente 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 m�s, hasta volverse insostenibles para los pobladores.
Fig. 3. �ndice de pobreza de las comunidades amaz�nicas
Fuente: Instituto Nacional de Estad�sticas y Censos
En el gr�fico se observa el �ndice de pobreza y pobreza extrema de las comunidades amaz�nicas a partir del a�o 2014 hasta el a�o 2019, se puede apreciar que luego del cese de la actividad minera la econom�a de estas comunidades ha decrecido de manera progresiva, adem�s, se observa que el mayor incremento se da en el 2019, debido a la crisis mundial por la pandemia originada en ese a�o, dando a entender que tambi�n ha afectado en gran medida a estas comunidades.
El an�lisis del problema sugiere la imperante implementaci�n de soluciones para combatir las necesidades expuestas y contribuir de manera directa en el desarrollo y fortalecimiento de una econom�a estable para estas comunidades ancestrales.
Tabla III TAXONOM�A DE LA SANGRE DE DRAGO Y U�A DE GATO
Fuente: basada EN JACOBSEN (2003)
H. Planteamiento de las posibles soluciones
Fig. 4. Generaci�n De Ideas De Soluci�n
Fuente: Elaboraci�n Propia
Podemos observar que las soluciones que se presenten ser�n de alto impacto para la vida de los habitantes de las comunidades que se pretende intervenir, debido a que el desarrollo econ�mico incide directamente en la calidad de vida de las personas de las comunidades.
I. �rbol de Decisi�n
Fig. 5. �rbol de decisi�n
Fuente: Elaboraci�n Propia
Una vez establecidos de manera adecuada los diferentes criterios necesarios para poder afrontar la soluci�n del problema, se plantear� una ruta de soluci�n mediante la t�cnica de soluci�n de problemas del �rbol de decisi�n.
La figura anterior nos plantea una ruta de soluci�n que se ha analizado seg�n los requerimientos del problema, entre las decisiones m�s importantes, se encuentra la elecci�n de las plantas sobre las cuales se va a trabajar, debido a su alta producci�n y rentabilidad, siendo para este caso, las plantas u�a 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
Seg�n sus propiedades medicinales, ambas plantas son altamente demandadas por los mercados internacionales principalmente en los pa�ses en los que se encuentra m�s arraigada la medicina alternativa o los art�culos de origen org�nico.
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 extracci�n de aceites esenciales, las saponificaciones, los productos alimenticios derivados, as� como la pulverizaci�n de los productos secos.
Tabla IV TAXONOM�A DE LA SANGRE DE DRAGO Y U�A DE GATO
Fuente: Elaboraci�n 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 adem�s sea aplicable para cualquiera de las plantas elegidas, las cuales por su taxonom�a no son compatibles en tu totalidad.
Analizando �nicamente la rentabilidad, nos encontramos con que existen dos procesos industriales que son los m�s rentables para el mercado nacional e internacional, la deshidrataci�n, y el liofilizado.
Analizando �nicamente la rentabilidad, nos encontramos con que existen dos procesos industriales que son los m�s rentables para el mercado nacional e internacional, la deshidrataci�n, y el liofilizado.
De estos escogeremos el proceso m�s b�sico, es decir el proceso de deshidrataci�n y micro pulverizaci�n como proceso de valor agregado, debido a que es un proceso industrial que no requiere de gran inversi�n, se adapta a�� ambas plantas, y seg�n datos es de los procesos m�s rentables que se pueden presentar (Jacobsen, 2003).
Por tanto, los prototipos que se buscar�n dise�ar se ver�n orientados a satisfacer este proceso, siendo fundamental el proceso de pulverizaci�n y deshidrataci�n. Propuesta del dise�o
Tabla V TAXONOM�A DE LA SANGRE DE DRAGO Y U�A DE GATO
Fuente: irena
Propuesta del dise�o
A. Molino pulverizador de martillo
Un molino de martillo es una m�quina 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 tambi�n son muy usados para pulverizar hierbas arom�ticas y hortalizas que han sido previamente deshidratadas (Ibarra, 2018).
Su dise�o permite una f�cil y r�pida limpieza del equipo; son fabricados en Acero Inoxidable o Hierro Gris seg�n el presupuesto y los requerimientos.
Estos molinos tienen dise�os simples, que los hacen f�cil de operar y mantener, est�n hechos para una alta capacidad de molienda. Funcionan seg�n los materiales o el tipo de producto, ya sea que se triture o se rompa (Bazurto, 2010).
Su principal desventaja es el costo de fabricaci�n, 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 com�n que se importen estos de manera est�ndar, haciendo que aumente exponencialmente el precio de fabricaci�n e implementaci�n.
Fig. 6. Prototipo de Molino pulverizador de martillo
Fuente: Elaboraci�n Propia
Se tiene para este caso, un molino de martillos simple con cuatro martillos para el proceso de molienda, con inserci�n de la materia prima por gravedad, y un �ndice de compactaci�n alto debido al proceso de funcionamiento.
Fig. 7. Estructura Interna
Fuente: Elaboraci�n Propia
Para poder abarcar el dise�o de los componentes del molino de martillos, debemos obtener datos importantes para el dise�o, como la fuerza de corte del material, el cual se halla entre los 20 N para las hojas de u�a 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, d�ndonos una fuerza centr�fuga aproximada de Fcf=1000 N(Mott, 2006).
B. Dise�o de la herramienta de percusi�n (Martillos)
Es la herramienta primordial de molienda, su dise�o consiste en forma b�sica, en el c�lculo 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.
������������������� 
����������������� (1)
Una vez obtenido este par�metro 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 ecuaci�n siguiente:
������������ 
���������� (2)
Teniendo una geometr�a para las herramientas de percusi�n como se muestra en la siguiente figura.
Fig. 8. Geometr�a de la herramienta de percusi�n
Fuente: Elaboraci�n Propia
C. Dise�o del Eje Secundario
En un molino de este tipo, los ejes secundarios son los encargados de soportar los martillos, por este motivo lo m�s com�n es que se dise�en con las siguientes fuerzas: la fuerza centr�fuga y el propio peso de los martillos Fy=Fcf+Wm. Y los discos ser�n 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 di�metro seleccionado es de 30 mm, la longitud en funci�n del dise�o provisional es de 450 mm.
Fig. 9. Fuerzas en el eje secundario
Fuente: Elaboraci�n Propia
Con estos par�metros de c�lculo se tiene un factor de seguridad de 6,5 lo cual es acertado para un dispositivo de molienda.
D. Dise�o de los discos
Los discos en un molino de martillos son los elementos que soportan los ejes secundarios, por tanto, el di�metro 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: Elaboraci�n Propia
As� el dimensionamiento propuesto es un di�metro 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: Elaboraci�n Propia
E. Potencia del motor
Para el c�lculo de la potencia del motor, se debe sumar la potencia en vac�o P y la potencia de carga, para lo cual se tiene las siguientes ecuaciones:
������������������������� 
���������������������� (3)
����������������������� 
�������������������� (4)
������������������� 
����������������� (5)
En donde: #: n�mero de martillos, n: rpm
del rotor, 
�factor
dependiente de la velocidad de rotaci�n de los martillos 
�:
rendimiento mec�nico por transmisi�n. 
�:
rendimiento del motor, k: Constante Rittinger, 
�:
Factor que depende del tipo de molienda, seca o h�meda. 
�:
Di�metro del producto de entrada y de salida respectivamente.
���������������������������� 
������������������������� (6)
F. Dise�o del eje principal
El eje principal soporta las fuerzas flexionantes por la presencia de la polea del sistema de transmisi�n, las fuerzas del sistema de transmisi�n, las reacciones de los apoyos, adem�s soporta el torque del motor (ver figura 5). El material del eje es acero AISI 1018. Para calcular el di�metro del eje principal se tiene la siguiente ecuaci�n:
���������� 
�������� (7)
El momento m�ximo resultante es 
,
mientras que la resistencia a la fatiga real estimada se calcula con la
siguiente ecuaci�n 
�191,25
.
Para un factor de seguridad 
,
se obtiene un eje de 
�de
di�metro.
Fig. 12. Dimensiones del eje principal
Fuente: Elaboraci�n Propia
G. Dise�o de Bastidor
El bastidor aloja elementos como el
sistema de trituraci�n, las chumaceras, entre otros, por lo tanto, soporta las
reacciones de la din�mica 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 construcci�n del bastidor es ASTM A36, y espesor de 
.
Fig. 13. Dise�o del bastidor
Fuente: Elaboraci�n Propia
H. Dise�o de la tolva
La principal caracter�stica de las
tolvas de alimentaci�n y de descarga es el �ngulo de inclinaci�n, el mismo que
depende del coeficiente de fricci�n ( 
�),
en este caso entre el grano y el acero y se calcula con la siguiente ecuaci�n:
������������������� 
����������������� (8)
El material de las tolvas es de acero
ASTM A36, la tolva de alimentaci�n tiene una capacidad de 
�su
espesor es de 
.
Fig. 14. Dise�o de la tolva
Fuente: Elaboraci�n Propia
Una vez realizado el an�lisis y dise�o 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, cer�micas y sinterizaci�n de l�ser selectivo. Funciona por el principio de impacto y fricci�n (M�ndez, 1993).
No es muy habitual su aplicaci�n en alimentos debido a que la gran mayor�a de procesos no requieren altos grados de pulverizaci�n, y es m�s dif�cil cuidar la higiene por el m�todo que se utiliza.
Cuando se emplea para procesos alimenticios, se suelen cambiar las bolas de acero por acero inoxidable, cer�mica o goma dependiendo del �ndice de atomizaci�n (Espinoza. 2016).
Fig. 15. Estructura Interna
Fuente: Elaboraci�n Propia
Para la aplicaci�n 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 tambi�n deber�n cumplir con este par�metro.
Fig. 16. Estructura Interna
J. Principio de funcionamiento
Los molinos de bolas tienen una capa cil�ndrica o c�nica que gira sobre un eje horizontal, y se cargan con bolas bien sea de acero, pedernal o porcelana, como medio de molienda. La alimentaci�n de los molinos de bolas debe ser de 2,4 a 4 cm (1 a 1� in) para materiales muy fr�giles, pero por lo general el tama�o m�ximo 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 raz�n de reducci�n de 20:1 a 200:1. (Alc�ntara Valladares J.R., 2008).
���������������� 
������������� (9)
Fig. 17. Vista transversal de la disposici�n de la carga dentro del molino
Fuente: Elaboraci�n propia
Para una molienda �ptima el volumen del conjunto carga de molienda y material a moler deben constituir como m�nimo aproximadamente 28% del volumen total del molino. Rescatando un 49% de ese conjunto que corresponde a volumen vac�o, y el llenado �ptimo del molino de bolas debe ser tal que h= 0,16D. (Alc�ntara Valladares J.R., 2008).
K. Operaci�n
La fragmentaci�n de las part�culas se va a conseguir por medio de la combinaci�n de fuerzas de compresi�n, cizalladura y abrasi�n. La fragmentaci�n del mineral se realiza en el interior de unos equipos cil�ndricos 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. (Mart�nez P. 2011).
Tabla VI Propiedades de las bolas de Circonio para molienda
Fuente: (Mart�nez P. 2011)
Forma discontinua: cuando el molino se recarga de material y se cierra para hacerlo girar, terminada esta operaci�n, el molino se abrir� para a continuaci�n separar el mineral de los cuerpos molturantes. Esta forma de trabajar se utiliza en molinos peque�os de laboratorio. (Mart�nez P. 2011).
Forma continua: El molino se alimenta de forma continua por un extremo y simult�neamente se va descargando el mineral molido por el otro extremo (o por el centro seg�n el molino). La operaci�n �nicamente se detendr� para trabajos de mantenimiento o recarga de los cuerpos molturantes. En la industria minera y producci�n de �ridos, se trabaja siempre de forma continua. (Mart�nez P. 2011).
Los medios de molienda efect�an 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 mont�n, y el segundo al lanzamiento de las bolas por el aire hasta la punta del mont�n. (Alc�ntara Valladares J.R., 2008) (Mart�nez P. 2011).
L. Velocidad Cr�tica del Molino
El criterio que se sigue para comparar la acci�n de las bolas en molinos de varios tama�os se basa en el concepto de velocidad cr�tica. Se trata de la velocidad te�rica a la que la fuerza centr�fuga 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. (Alc�ntara Valladares J.R., 2008). La expresi�n que nos proporciona el valor de la velocidad cr�tica, para un molino de bolas dado, es la siguiente:
Tabla VII Propiedades de las bolas de Circonio para molienda
Fuente: (Mart�nez P. 2011)
Donde:
Nc=Velocidad Cr�tica en r.p.m.
D=Di�metro del molino en m.
Las velocidades reales de los molinos van de 65 a 80% de su valor cr�tico. (Alc�ntara Valladares J.R., 2008) (Mart�nez P. 2011)
M. Masa de carga
El volumen de carga depende hasta cierto punto del tipo de molino. El c�lculo se basa en determinar el tama�o del molino y el volumen de carga necesario para usar la potencia requerida de modo de obtener la producci�n propuesta. Necesitaremos conocer la fracci�n de carga del volumen del molino (J) y la densidad de la bola. Se ha 33 encontrado en la pr�ctica que un valor �ptimo de (J) para este tipo de molinos es m�nima 28%, y por debajo del 50%.
As� el peso de la bola se relaciona con el porcentaje de volumen de carga, manteniendo una relaci�n de longitud (L) y di�metro (D) del molino L/D de 2,35:1, para esta forma cil�ndrica del molino. (Alc�ntara Valladares J.R., 2008)
Fig. 18. Corte Transversal de un molino de bolas
Fuente: (Alc�ntara Valladares J.R., 2008).
N. Dimensionamiento de las bolas
Para solventar la necesidad de una alimentaci�n calculada seg�n el tama�o de la bola se han propuesto m�todos que se relacionan con el material a triturar.
De manera experimental se pudo comprobar que una expresi�n para relacionar de manera adecuada la masa de bolas y los materiales de molienda se encuentran mediante la siguiente expresi�n.
����������������� 
������������� (10)
Donde 𝐷𝑏 es el di�metro de las bolas cm (in), 𝑋𝑝 es el tama�o de part�culas de alimentaci�n m�s 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. Selecci�n de las bolas del Molino
Estas bolas se pueden encontrar de manera industrial prefabricadas, para su selecci�n 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 ser�an las carillas dentales, siendo por este proceso apto para el trabajo con alimentos.
Tabla VIII Propiedades de las bolas de Circonio para molienda
Fuente: King�s MineMate
P. Deshidratador solar inclinado
Como dispositivo final se requiere un equipo capaz de ayudar al proceso de deshidrataci�n, 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 producci�n 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 fabricaci�n 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 producci�n de cualquiera de los dos prototipos de molino, pero se puede expandir de ser requerido para aminorar el tiempo de secado seg�n la demanda de producci�n.
La mayor�a de las aplicaciones de este m�todo de secado implican una fuente de sol medianamente estable, seg�n estudios en el Ecuador hay muchas oportunidades de que esta se aplique de manera adecuada, siendo una opci�n m�s 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 radiaci�n solar no incide directamente sobre el producto a secar. El aire se calienta en un calentador solar y es conducido a la c�mara 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 dise�o y de las condiciones de operaci�n.
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 operaci�n 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 est�n en funci�n del momento en el tiempo en que se realizan, el objetivo particular para el cual son puestos en marcha, y en funci�n a los recursos utilizados, as� tenemos:
A. Mantenimiento Correctivo
Este mantenimiento tambi�n es denominado �mantenimiento reactivo�, tiene lugar luego que ocurre una falla o aver�a, 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 reci�n tomar medidas de correcci�n de errores (Zurita, 2010).
B. Mantenimiento Proactivo
Este mantenimiento tiene como fundamento los principios de solidaridad, colaboraci�n, iniciativa propia, sensibilizaci�n, trabajo en equipo, de moto tal que todos los involucrados directa o indirectamente en la gesti�n del mantenimiento deben conocer la problem�tica del mantenimiento, es decir, que tanto t�cnicos, 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 tambi�n es denominado �mantenimiento planificado�, tiene lugar antes de que ocurra una falla o aver�a, se efect�a bajo condiciones controladas sin la existencia de alg�n error en el sistema. Se realiza a raz�n 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 tambi�n puede estipular el momento adecuado a trav�s de los manuales t�cnicos. Presenta las siguientes caracter�sticas (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, adem�s de un tiempo de inicio y de terminaci�n preestablecido y aprobado por la directiva de la empresa.
- Est� destinado a un �rea en particular y a ciertos equipos espec�ficamente. Aunque tambi�n 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, adem�s brinda la posibilidad de actualizar la informaci�n t�cnica de los equipos.
- Perite contar con un presupuesto aprobado por la directiva.
A. Mantenimiento Predictivo
Consiste en determinar en todo instante la condici�n t�cnica (mec�nica y el�ctrica) real de la m�quina examinada, mientras esta se encuentre en pleno funcionamiento, para ello se hace uso de un programa sistem�tico de mediciones de los par�metros m�s importantes del equipo. El sustento tecnol�gico de este mantenimiento consiste en las aplicaciones de algoritmos matem�ticos agregados a las operaciones de diagn�stico, que juntos pueden brindar informaci�n 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 producci�n. La implementaci�n de este tipo de m�todos requiere de inversi�n en equipos, en instrumentos, y en contrataci�n de personal calificado. T�cnicas utilizadas para la estimaci�n del mantenimiento predictivo (Knecevic, 2010):
Fig. 22. Plan de Mantenimiento anual
Fuente: (Knecevic,2010)
Para el dise�o de los elementos del molino de martillos se estableci� un factor de seguridad m�nimo de 3; para producci�n a gran escala de molinos de martillos, se recomienda que el factor de seguridad de los elementos dise�ados se reduzca a 3, esto ayudar�a a minimizar costos de producci�n.
La trituraci�n de hojas y granos secos, genera determinada cantidad de harina, la misma que no siempre es aprovechada al m�ximo; por lo cual se recomienda implementar un sistema de absorci�n de harina, que puede ser acoplado al motor del molino, esto podr�a ser una investigaci�n futura acerca de la industrializaci�n mediante procesos de molienda, as� mismo, se podr�a analizar la seguridad ambiental para el manejo de los polvos compactos generados por los molinos, debido a que por su �ndice de compactaci�n, estos pueden llegar a ser peligrosos para los operarios.
Para el caso del molino de bolas, los factores principales a considerar son los par�metros de velocidad cr�tica, y los di�metros de las bolas seleccionadas para la molienda de las hojas de los frutos secos, en el caso de la velocidad critica, esta se ve intr�nsecamente ligada a la potencia seleccionada del motor, y las bolas en cambio, al �ndice de compactaci�n del material.
Dado que nuestro molino es un molino de capacidad media, y una carga de trabajo baja, es mucho m�s sencillo comprobar la velocidad cr�tica que en otros molinos similares, el principal problema que se le puede presentar a nuestro modelo es que el �ndice de compactaci�n sea demasiado bajo, por lo cual es fundamental calcular de manera adecuada el volumen de llenado y los di�metros de las bolas a emplear para el proceso de molienda.
El deshidratador solar en cambio, es un dispositivo mucho m�s simple y comprobado por investigaciones previas en cuanto a su funcionamiento y dise�o conceptual, la gran mayor�a 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 m�s acelerada, empleamos dos alas de absorci�n de calor, lo que puede llegar a mejorar los tiempos de deshidrataci�n en comparaci�n con otros dispositivos similares.
Conclusiones
En base al an�lisis de las propiedades de las dos especies nativas como son la u�a de gato y la sangre de Drago y considerando sus notables beneficios medicinales, se vuelve prioritario establecer m�todos para su industrializaci�n, y el estudio actual presenta una alternativa para ello.
Analizando de manera detenida cada uno de los prototipos planteados, podemos llegar a la conclusi�n 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 m�s rentables de la zona, y en segunda instancia de proponer soluciones mediante m�todos ingenieriles y dispositivos t�cnicos para nuestro problema inicial, para una primera intervenci�n, �nicamente implementar�amos el molino de bolas, debido a que por su costo, y su principio de funcionamiento ser�a el m�s rentable, y en funci�n del �xito de la implementaci�n continuar�amos con el resto de dispositivos.
Los tres dispositivos generados, son capaces de producir un sistema para el proceso industrial de pulverizaci�n completo, siendo capaces de generar valor agregado a los productos seleccionados que era el objetivo de nuestra investigaci�n.
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