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1
Diseño de ambiente de trabajo de deshidratación de alimentos
D.I Juan Camilo Giraldo Muñoz
Director
Ing. Ind. Juan Fernando López López
Universidad Católica de Pereira
Facultad de Arquitectura y Diseño
Diseño Industrial
Noviembre 2020-2
2
Tabla de contenido
Introducción ..................................................................................................................................... 8
Planteamiento del problema ........................................................................................................... 9
Descripción del problema. ........................................................................................................... 9
Pregunta de investigación .......................................................................................................... 13
Justificación .................................................................................................................................... 13
Objetivos ........................................................................................................................................ 16
Objetivo general......................................................................................................................... 16
Objetivos específicos ................................................................................................................. 16
Marco teórico ................................................................................................................................ 17
Marco Histórico.......................................................................................................................... 17
Marco de antecedentes ............................................................................................................. 19
Marco conceptual ...................................................................................................................... 22
Marco legal ................................................................................................................................ 24
Metodología ................................................................................................................................... 25
Análisis de datos ............................................................................................................................ 27
Recolección de información ....................................................................................................... 27
Tipologías ....................................................................................................................................... 35
Requerimientos de Diseño ............................................................................................................. 40
Concepto de Diseño ....................................................................................................................... 44
Alternativas de diseño ................................................................................................................... 44
Evaluación de alternativas ............................................................................................................. 49
Detalles de diseño .......................................................................................................................... 50
Modelos o simuladores .................................................................................................................. 52
3
Propuesta final ............................................................................................................................... 54
Render ............................................................................................................................................ 55
Secuencia de uso ............................................................................................................................ 57
Planos técnicos .............................................................................................................................. 60
Despiece ......................................................................................................................................... 64
Proceso productivo ........................................................................................................................ 65
Materiales (especificaciones) ........................................................................................................ 68
Prototipo ........................................................................................................................................ 70
Presupuesto ................................................................................................................................... 72
Viabilidad comercial ....................................................................................................................... 73
Conclusiones .................................................................................................................................. 74
Bibliografía ..................................................................................................................................... 77
Apéndices ....................................................................................................................................... 80
4
Lista de Figuras
Figura 1. Exportación desde Colombia de productos secos. ......................................................... 10
Figura 2. Proceso de deshidratación realizado por la empresa actualmente. ............................... 12
Figura 3. Potencia de energía solar del eje cafetero. .................................................................... 14
Figura 4. Metodología de diseño proyecto de grado. .................................................................... 26
Figura 5. Método de deshidratación de la empresa “Orgánicos la Finca”. ................................. 28
Figura 6. Datos de temperatura del clima ..................................................................................... 30
Figura 7. Prototipo de colector solar. ............................................................................................ 33
Figura 8. Programación de Arduino .............................................................................................. 34
Figura 9. Instalación de sensor de temperatura y ventilador. ....................................................... 34
Figura 10. Tipología deshidratador excalibur electrónico. ........................................................... 36
Figura 11. Tipología deshidratador Exhibir equipos ..................................................................... 37
Figura 12. Tipología invernadero APR Green House and tecnology ............................................ 38
Figura 13. Tipología deshidratador Saecsa ................................................................................... 39
Figura 14. Concepto de diseño ....................................................................................................... 44
Figura 15. Alternativas de diseño tipo Almeira ............................................................................. 45
Figura 16. Alternativa tipo Capilla. ............................................................................................... 46
Figura 17. Alternativa tipo Almeira. .............................................................................................. 47
Figura 18. Alternativa tipo Almeira ............................................................................................... 48
Figura 19. Evaluación de alternativas de diseño. .......................................................................... 49
Figura 20. Detalle de la cabina de deshidratación, sistema de cierre. ......................................... 50
Figura 21. Detalle de quemador de biomasa y sus partes. ............................................................ 51
Figura 22. Sistema de paso de flujo de aire caliente desde el quemador de biomasa hacia la
cabina de deshidratación. ........................................................................................................................... 52
Figura 23. Colector solar escala. ................................................................................................... 53
5
Figura 24. Programación del sistema de Arduino uno. ................................................................. 53
Figura 25. Funcionamiento del sistema del colector solar. ........................................................... 53
Figura 26. Alternativa final del proyecto. ...................................................................................... 54
Figura 27. lternativa final parte posterior y vista del deshidratador. ........................................... 54
Figura 28. Render vista del ambiente de trabajo. .......................................................................... 55
Figura 29. Render vista del deshidratador y el colector solar. ...................................................... 56
Figura 30. Secuencia de uso del producto. .................................................................................... 57
Figura 31. Áreas designadas las cual son indicadas por la secuencia de uso. .............................. 59
Figura 32. Plano técnico vista superior. ........................................................................................ 60
Figura 33. Plano técnico vista frontal. ........................................................................................... 61
Figura 34. Plano de vista lateral derecha. ..................................................................................... 62
Figura 35. Plano vista isométrica. ................................................................................................. 63
Figura 36. Plano de despiece de estructura. .................................................................................. 64
Figura 37. Vistas del prototipo vista frontal. ................................................................................. 70
Figura 38. Vista del prototipo vista posterior. ............................................................................... 71
Figura 39. Comparación comercial de productos. ........................................................................ 73
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Lista de tablas
Tabla 1. Forma de cortado de los alimentos. ................................................................................ 29
Tabla 2. Clasificación de climas y sus porcentajes. ...................................................................... 31
Tabla 3. Requerimientos de uso. .................................................................................................... 40
Tabla 4. Requerimientos estructurales........................................................................................... 41
Tabla 5. Requerimientos de función. .............................................................................................. 42
Tabla 6. Requerimientos técnico-productivos. ............................................................................... 43
Tabla 7. Tipo de corte para cada producto. .................................................................................. 58
Tabla 8. Procesos, maquinaria y medidas. .................................................................................... 65
Tabla 9. Características de los materiales empleados. ................................................................. 68
Tabla 10. Presupuesto de materiales del proyecto. Elaboración propia. ...................................... 72
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Resumen
Este proyecto pretende desarrollar un sistema híbrido de deshidratación por medio de
fuentes energéticas renovables y convencionales, el cual ayude al mejoramiento del proceso de
deshidratación de productos para los medianos productores del municipio de Santa Rosa de
Cabal.
En el desarrollo de este proyecto se tiene como caso de estudio la empresa “Orgánicos la
Finca”, la cual está dedicada al proceso de transformación de alimentos orgánicos, realizada
mediante la unión de las metodologías de Nigel Cross and Has Gugelot.
Se realizó la investigación y visitas de campo que permitieron recopilar la información
necesaria y pertinente que da como resultado un conjunto de acciones que ayudan a la
preparación y deshidratación de alimentos orgánicos de manera más eficiente y constante,
mejorando de forma significativa el proceso actual.
Palabras claves: Sistema Híbrido, Deshidratación, Eco sostenible, Ambiente de trabajo,
Energía renovable, Ergonomía.
Abstract
This project aims to develop a hybrid dehydration system by means of renewable and
conventional energy sources which will help improve the dehydration process of medium-sized
producers in the municipality of Santa Rosa de Cabal.
For the development of this project, we have as a case study the company "Organicos la
Finca", which is dedicated to the process of transformation of organic food, carried out by
combining the methodologies of Nigel Cross and Has Gugelot.
8
The research and field visits were carried out that allowed to collect the necessary and
pertinent information that results in a set of actions that help the preparation and dehydration of
organic food in a more efficient and constant way, significantly improving the current process.
Keywords: Hybrid System, Dehydration, Sustainable eco, Work environment, Renewable
energy, Ergonomics.
Introducción
La deshidratación es un proceso que busca extraer la mayoría del agua de los alimentos
mediante el sometimiento al calor, ya sea de manera natural o artificial, ayudando a extender la
vida útil de los mismos y su valor nutricional.
El presente proyecto explica la realización de un sistema híbrido eco sostenible de
deshidratación de frutas y vegetales, para medianos productores de alimentos con dichas
características, que no cuentan con un proceso adecuado de transformación de materias primas,
como es el caso de la empresa “Orgánicos la finca” en el municipio de Santa Rosa de Cabal.
Este proyecto surge debido a las recurrentes dificultades que presenta el método artesanal
con que cuenta la empresa tanto en el proceso de manipulación como en el de deshidratación de
los alimentos, ya que no hay un espacio adecuado, además, que este proceso depende en un
100% de la luz solar de la zona, siendo este último de vital importancia, ya que la mayoría de
pérdidas que se generan, son por un mal proceso de extracción de los líquidos internos de cada
uno de los productos, llevando a la oxidación de estos.
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Por medio de la aplicación de la metodología mixta de Nigel Cross y Hans Gugelot se
realizaron las investigaciones, salidas campo y el estudio de toda la cadena productiva, permitió
el análisis de múltiples alternativas así como la consolidación de un método de deshidratación,
este se ajustará al entorno (Espacio y Clima) de la empresa, que permita la manipulación,
preparación y procesamiento de estos productos de manera más eficaz y competitiva para el
mercado emergente de este tipo de alimentos orgánicos.
Planteamiento del problema
Descripción del problema.
En el mundo existen distintas técnicas de deshidratación de alimentos, ya sea de forma
artificial o natural, permitiendo así un mejor método para consumir alimentos más saludables y
libres de conservantes artificiales, sin embargo, existen distintos métodos de secado de
productos, una de las formas de deshidratación se encuentra en Latacunga – Ecuador en la
Universidad Técnica de Cotopaxi.
En el año 2015 se realizó el proceso de diseño y construcción de un deshidratador
eléctrico automatizado el cual permite el secado de semillas de cereal, generando así una mejor
calidad de los productos y optimización de los procesos de producción de las semillas, que por
medio de la programación de un sistema de control puede manipular las variables de tiempo y
temperatura. El secador al depender en un 100% de la energía eléctrica, representa un
inconveniente notable en la producción, ya que la ausencia de dicho suministro puede generar
problemas en el proceso de los alimentos, conllevando a una posible pérdida del producto al no
realizarse el proceso adecuadamente, deteriorando de esta manera el producto final.
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En Colombia se deshidratan distintos productos como frutas, tubérculos, vegetales y
plantas aromáticas, generando así un amplio mercado de productos secos a nivel nacional e
internacional con destino a países como Estados Unidos, Alemania, Reino Unido, Países Bajos y
Francia, (como se muestra en la siguiente gráfica) impulsando la economía e invita a los
productores a participar en el procesamiento de productos de mejor calidad.
Figura 1. Exportación desde Colombia de productos secos.
51,2%
7,4% 5,1% 4,90% 4,20%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
Estados unidos Reino unido Alemania Paises bajos Francia
Exportación de productos secos-colombia
Nota: https//:compradores.procolombia.co/es/explore-oportunidadesfrutas-y-hortalizas
En la Universidad Nacional sede Medellín, se desarrolló una investigación sobre la
deshidratación para la papaya Hawaiana, esta es una fruta cultivada en el país y es un producto
comercializado tanto nacional como internacionalmente, este proceso de secado se realizó por
osmodeshidratación, buscando extraer los fluidos de la fruta por medio de la inmersión de la
misma en soluciones como miel de abejas, miel de caña, crema de miel de abejas y sacarosa en
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un medio acuoso, generando una presión a través de la membranas de los alimentos y extrayendo
la humedad interna, en este caso de la papaya Hawaiana.
Esta es una técnica muy efectiva para la extracción de la humedad de los alimentos,
siendo uno de los métodos más “económicos” para procesar frutas secas, además permite
establecer niveles y especificaciones de las soluciones para la inmersión de la fruta, dándole una
deshidratación del 41.3% y pérdida de volumen del 32%. Aunque no es uno de los métodos más
eficientes en términos de tiempo de secado, ya que el proceso demora aproximado de 5 a 6 horas,
convirtiéndolo en un método poco competitivo para el mercado creciente de este tipo de
alimentos.
A nivel regional los procesos de deshidratación están basados en métodos de energías
renovables, siendo la solar la más utilizada, además de las convencionales tales como gas,
electricidad y métodos de osmodeshidratación.
La Universidad Católica de Pereira, en el año 2018 ejecutó un proyecto sobre la
tecnificación del proceso de secado de la cúrcuma, por medio de un deshidratador solar para
pequeños productores de la región, utilizando la energía solar como fuente principal en el
proceso de deshidratación y generando una protección de los alimentos durante el proceso de
secado además de su fácil manipulación.
Aunque el proyecto aborda puntos muy importantes en el proceso de deshidratación y
protección de los alimentos, cuenta con una restricción de volumen de producción, el cual no lo
hace un proceso competitivo para el mercado creciente del consumo de alimentos deshidratados.
A razón de esto, este proyecto busca trabajar con los productores del departamento de
Risaralda, específicamente en la empresa “Orgánicos la Finca”, ubicada en el municipio de Santa
Rosa de Cabal - Vereda el Manzanillo, Finca Andalucía, esta es una empresa enfocada en los
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negocios verdes, cuenta con un trabajador que realiza múltiples labores como recolección, lavado
y secado de productos orgánicos como la Cúrcuma, Yacón, Ají, Orégano, Cebollín y Tomates,
entre otros.
El proceso de la empresa “Orgánicos la Finca” es un método totalmente artesanal, no
cuentan con un espacio apropiado para el debido proceso de manipulación y preparación de los
alimentos, generando la contaminación de los productos en alguna de las fases de la línea de
producción actual. Además, que no cuenta con un sistema óptimo para el proceso de
deshidratación de los alimentos como se muestra en la figura 2, que no le permite a la empresa
ser competitiva en este mercado.
Figura 2. Proceso de deshidratación realizado por la empresa actualmente.
Nota: El proceso de la empresa es totalmente artesanal y depende 100% de la energia solar.
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Pregunta de investigación
¿Cómo diseñar un sistema para el proceso de preparación y deshidratación, que permita
procesar las materias primas de la empresa “Orgánicos la Finca” del municipio de Santa Rosa de
Cabal?
Justificación
La importancia del estudio de las técnicas de deshidratación de alimentos ha llevado a
revolucionar la producción, conservación y comercialización de alimentos de forma efectiva en
el comercio global; los productos deshidratados constituyen un franja que viene en expansión
debido a sus múltiples beneficios y ventajas que presenta este tipo de productos, según Global
Industry Analysts (GIA), una firma de investigación de mercado, las frutas deshidratadas se
están convirtiendo en un producto de gran potencial de exportación.
El estudio indica que al año 2020 el consumo mundial de frutas deshidratadas crecería a 4
millones de toneladas.
La importancia del consumo de alimentos deshidratados es que genera un mejor
metabolismo en el cuerpo, además, conservan sus vitaminas y minerales casi en un 80%, también
aumenta las cargas calóricas, 30 frutas deshidratadas tienen la misma carga que 200 frutas
frescas “sin procesar” lo que permite almacenar este tipo de alimentos por meses e incluso años,
siempre y cuando se realice un proceso de secado óptimo para garantizar que los alimentos no se
dañen con en el paso del tiempo.
El espacio de procesamiento y almacenamiento de los productos alimenticios debe ser
cerrado, para evitar la contaminación de los alimentos procesados, generando un alto nivel de
calidad de los productos y un adecuado sistema de eliminación de humedad en el interior del
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entorno laboral, evitando posibles afectaciones de los productos antes, durante y después del
procesamiento.
En el área ambiental de exploración de energías, en el campo de fuentes energéticas
tendrá un beneficio, ya que por parte del proyecto se pretende trabajar un sistema bio-energético
dándole protagonismo a la energía alternativa como es la fuente solar, ya que es uno de los
medios renovables más potentes en la región como fuente de energía, generando un promedio de
15 días de temperaturas por encima de 20 grados centígrados durante un tiempo de 4 horas de luz
solar en 6 meses de los 12 en total, con un promedio en la producción de 3.5 a 4.0 kW/día como
se muestra en la figura 3, correspondientes a enero, febrero, marzo , abril, agosto, septiembre y
octubre. (Ver gráfica temperatura máxima en apéndices y anexos) y una fuente convencional la
cual pueda suplir el déficit de energía alternativa, para un trabajo ininterrumpido del
procesamiento de alimentos ya que necesitan un óptimo proceso y así no generar pérdidas en la
calidad ni en la producción.
Figura 3. Potencia de energía solar del eje cafetero.
Nota: http://atlas.ideam.gov.co/basefiles/RadiacionSolar13.pdf
-Santa Rosa de Cabal tiene un promedio de 3.5-4.0 kwh/m2/día
15
Este proyecto cuenta con una categoría de novedad ya que se piensa en un ambiente
deshidratador ajustado a los requerimientos de producción de acuerdo a la zona geográfica de la
región, implementando un sistema híbrido para el procesamiento de materia prima y un ambiente
adecuado para el secado de la misma.
La factibilidad del proyecto se soporta con la creciente demanda de productos orgánicos
tanto a nivel nacional como internacional.
Según Pro Colombia, en el exterior hay más oportunidades del mercado ya que los
clientes están dispuestos a pagar 30% más por los productos orgánicos.
Desde el aporte de la disciplina, se quiere generar un ambiente más óptimo dándole la
capacidad de tener un nivel de asepsia a los productos, sin importar que sean distintas las
materias a procesar, generando un sistema de control más adecuado en el tiempo y potencia de
secado, y el desarrollo de estructuras más acordes al aprovechamiento de las fuentes energéticas,
desde una mirada de los objetivos de desarrollo sostenibles los cuales en este proyecto se
abordan.
Para el objetivo número 8, “Trabajo decente y crecimiento económico” de desarrollo
sostenible, el proyecto facilitará no sólo una mejor incursión al mercado de alimentos secos, si
no mayor cantidad de productos procesados de buena calidad, además su crecimiento económico
y comercial.
En cuanto al objetivo número 9, “Industria, innovación e infraestructura” el proyecto
pretende con un nivel de innovación implementar mejores sistemas de procesamiento de
alimentos deshidratados, tanto en secado, deshidratación, estructuras y distribución.
16
Al objetivo número 12, “Producción y consumo responsable” el proyecto pretende
generar una solución de diseño pensando en la producción responsable con el medio ambiente y
en la producción de alimentos de buena calidad.
Objetivos
Objetivo general
Diseñar un sistema de deshidratación con base en fuentes energéticas renovables y
convencionales, mejorando el proceso actual de la empresa “Orgánicos de la Finca” del
municipio de Santa Rosa de Cabal vereda El Manzanillo.
Objetivos específicos
-Diseñar una estructura acorde al entorno de la empresa (Espacio, Clima y Ergonomía),
determinada por la línea de producción actual, para generar una operatividad óptima de
producción y almacenamiento.
-Implementar materiales y equipos locales de acuerdo a la selección del método de
construcción y funcionamiento del sistema beneficiando los procesos de secado, deshidratación,
y almacenamiento.
- Experimentar opciones de diseño mediante ensayos de funcionalidad con las fuentes
energéticas seleccionadas que logre la deshidratación de los productos de la empresa.
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Marco teórico
Marco Histórico
El proceso de secado de los alimentos se remonta al periodo neolítico, 7.000 años A.C
cuando el hombre dejaba la vida de nómada y mediante el método de secado de alimentos al sol
y viento, podía conservarlos por más tiempo, lo que le permitió desarrollar técnicas de
conservación a partir de este principio, una de estas, es el aprovechamiento de Calor Artificial,
esta técnica se implementa en pro de aprovechar el calor de los fogones de cocina y/o fogatas,
las cuales permitían un secado de alimentos más “rápido”, este método ha sido utilizado desde
esa época.
Hacia los años 1000 D.C se implementaron estructuras de secado de los alimentos
permitiendo tener un espacio específico para el proceso y además un método útil para la
conservación de alimentos, como lo son las bandejas de secado, para evitar la contaminación de
los alimentos y hacer posible la circulación del aire entre ellos para un secado más homogéneo.
También se hacía el secado de plantas aromáticas al aire el cual se basaba en el proceso
de almacenar en un espacio recubierto por una red o malla, la cual no deja ingresar ningún
insecto y facilitaba la circulación del aire y el calor para el proceso.
A eso del 1600 D.C en el campo se empezó manejar ya lo que son estructuras para el
proceso de secado de alimentos. La cancha de secado es una superficie de material (cemento) el
cual en contacto directo con el sol se calienta y permite la transferencia de calor a los alimentos y
en una segunda instancia cuenta con un techo corredizo que permite una cubierta para que no se
contamine, se moje o se disperse por el viento, que a su vez permite generar una zona de cocción
entre la plancha y el techo que alberga todo el calor transmitido.
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Con el tiempo se fueron implementando todas estas técnicas de secados, pero teniendo
todos como fuente energética principalmente el sol y como fuente auxiliar el viento o aire,
logrando siempre el objetivo de conservar los alimentos.
En 1795 fue construido un cuarto de deshidratación con agua caliente donde se sometían
principalmente las plantas a un proceso de secado por vapor elevando la temperatura del agua a
120°C. Al igual que la técnica anterior, se construyen o se adaptan espacios generando unas
condiciones climáticas óptimas para el proceso de secado, este método maneja el principio de
calor artificial ya que se logra la climatización con calderas de leña principalmente, de este modo
se logra un secado controlado de cierta manera.
En el siglo XX los procesos de conservación de alimentos han generado un gran impacto,
por lo cual se han elaborado deshidratadores principalmente solares, este método tiene un valor
agregado y es la implementación de variedad de materiales como refractarios, conductores
térmicos entre otros y el diseño de estructuras óptimas, los cuales permiten aprovechar al
máximo la energía solar y la circulación del aire.
Basados en estos conocimientos, se han venido desarrollando de una manera más
comercial y tecnológica los deshidratadores eléctricos y a gas, los cuales permiten un proceso de
secado continuo y uniforme y en más corto tiempo que en todos los métodos mencionados
anteriormente.
Hay procesos más industrializados y tecnológicos de secado continuo, estos son
utilizados principalmente en los procesos industriales, que permiten el procesamiento de grandes
cantidades de alimentos, en menor tiempo, los cuales sólo son recomendados para grandes
producciones.
19
Por último tenemos los secadores o deshidratadores híbridos, los cuales cuentan con dos
sistemas de combustión capaces de solventar la necesidad energética de la fuente principal,
pueden variar en la fuente energética, los más comunes son eléctricos y gas, eléctricos y solar, o
gas y solar.
Marco de antecedentes
La importancia del proceso de deshidratación para obtener alimentos de larga duración ha
sido relevante en el mundo, es por este motivo que se han desarrollado diferentes investigaciones
las cuales aportan en distintos temas como:
Las fuentes energéticas: en los procesos de deshidratación se encuentran distintas
investigaciones que ilustran “la búsqueda de alternativas para satisfacer la demanda energética
estudiando y analizado la energía solar” (Ángeles, 2007 p.1) en el documento se plantea un
mejor aprovechamiento del sol como fuente principal para el proceso de secado siendo de los
más habituales, así como la capacidad de relación de producto-sistema como “la relación peso
calabacita/solución utilizada fue 1:10 para mantener constante la concentración de la solución
osmótica durante el proceso de deshidratación” (Bambicha, Agnelli, Mascheroni, 2011, p. 123),
generando un buen sistema en general como “los deshidratadores por microondas al vacío
sirven de microondas que llegan al interior de los alimentos y hacen evaporar el agua que
contienen” (Okamura, 2012).
La ejecución de sistemas híbridos es uno de los métodos más eficaces para los procesos
de secado y falencias energéticas integrando el “diseño de un colector solar para el calentamiento
de aire” además de un “quemador de biomasa con intercambiador de calor” dando la capacidad
de operatividad continua, para procesar los alimentos en el proceso de secado, va de la mano con
20
los desarrollos de ambientes estructurales con el fin de generar un ambiente de trabajo y
almacenamiento óptimos como lo son “los invernaderos tipo túnel que están especialmente
diseñados para pequeñas superficies y cultivos de pequeño tamaño, resultan ser invernaderos
económicos, ya que su estructura es simple, resistente y posibilita su traslado” Horticultivos
(2017) Principales tipos de invernaderos https://www.horticultivos.com. Permitiendo la
ejecución de la producción en una superficie reducida, haciendo un buen aprovechamiento de la
luz solar.
El invernadero asimétrico: “su geometría es asimétrica porque a diferencia de los otros
invernaderos, uno de los lados de la cubierta está más inclinado que el otro, con el objetivo de
aprovechar al máximo la radiación solar incidente” Horticultivos(2017) Principales tipos de
invernaderos https://www.horticultivos.com, de esta manera se podrá generar una ganancia
energética de forma directa del entorno de trabajo, de forma indirecta la captación de la energía
solar como se menciona en la arquitectura pasiva sobre “Las ganancias indirectas son un factor
importante en la arquitectura solar pasiva. Estos sistemas convertirán la radiación solar en
calor mediante la absorción de la superficie externa y transmitiéndose a los espacios
habitacionales por conducción” Montilla (2018) Arquitectura solar pasiva, elementos para su
diseño, https://revistadigital.inesem.es, así las estructuras como los colectores que “transforman
la radiación del sol en calor útil por medio proceso de convección y conducción de aire forzado
inducido al interior del equipo” (Rodríguez y Bohórquez , 2016, p.68).
Para la generación de un espacio determinado para el secado como proceso de
deshidratación de los productos se determina que “El diseño de la cámara de secado es
necesario establecer las condiciones de su estructura interna, donde serán alojadas con una
carga de 10 Kg. Inicialmente se determina el volumen que ocuparán los 10 kg de productos a
21
procesar” (García, Mejía, Mejía y Valencia, 2012, p. 15). Así como el aprovechamiento del
espacio interno de la “cámara de secado” es muy importante “para determinar las dimensiones
que va a tener cada una de las bandejas y la cantidad necesaria de estas para contener
apropiadamente los productos a deshidratar, se debe analizar: el volumen, el área transversal y
cantidad de materia a procesar” (García, Mejía, Mejía y Valencia, 2012, p. 15). En el entorno
hay medidas que deben ser adoptadas en cuanto a la parte organizacional para “Guardar
ordenadamente los productos, materiales y demás utensilios de cocina, en los armarios, estantes
y receptáculos. Todo debe resultar fácilmente accesible, especialmente cosas de uso más
frecuente” (Castells, 2004, p. 17).
Los materiales son un insumo fundamental para la estructura del ambiente “Para la
construcción general del deshidratador se utilizó hierro estructural de 20 mm x 40 mm x 1.6 mm
con soldadura en cada punto de unión” (Ivars, mora, manavella, 2017, p. 6), facilitando su
estabilidad estructural. Así como la ganancia térmica por cuenta de algunos materiales “cabe
resaltar que la temperatura promedio del deshidratador con materiales refractarios se logra un
incremento a 57.43° C, en comparación de los convencional solar de 38.61° C” (Galviz,
Cervantes, Martínez y Cortez, 2017, p. 38).
En el momento del contacto de la materia prima con los materiales a la hora de
producción “Se escogió una malla metálica de Acero Inoxidable para las bandejas que llevan
las frutas, las cual tiene las características necesarias para dejar suficiente paso al aire
circulante dentro del túnel” (Murillo, 2007, p. 38), donde se busca también que no haya una
contaminación de los productos, además que no se registren pérdidas térmicas del sistema,
“Fundamentalmente se busca el aislante térmico, disminuir la pérdida del calor aportado por el
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colector solar y lo que absorbe la torre de secado, fue revestido con una lámina de acero”
(Ivars, Mora, Manavella, 2017, p. 10).
Ya sobre el control del sistema de deshidratación se deben establecer “Rangos de
temperatura deseado o ideal, en el sistema oscilan entre 65 y 75 C, se requiere mantener el
ventilador a tal punto de que se produzca un flujo de masa de aire, con el fin de impedir el alza
de la temperatura interna“(Viveros, Mayorga, 2017, p. 41) además uno de los factores
importantes es el control de la humedad ,“Si el valor de diferencia es superado , la compuerta se
cerrara totalmente y el ventilador se accionara a su máxima velocidad, hasta que la humedad
se restablezca a los valores permisible” (Viveros, Mayorga, 2017, p. 40.) generando un ambiente
controlado y óptimo para el proceso.
Marco conceptual
Energía Térmica: Es la manifestación de energía en forma de calor, puede transmitirse
de un cuerpo a otro ya sea por radiación, conducción o convección. Energía nuclear (2016)
Deshidratación: La deshidratación es el estado resultante de perdida excesiva de agua del
organismo. Carmichael (2011) organización mundial de la salud, ir a bibliografía link.
Sistema Híbrido: Los sistemas de energía híbridos suelen incluir fuentes energéticas
clásicas, fuentes de energías renovables, sistemas de almacenamiento y solución de gestión.
Steadysun ir a bibliografía y ver el link.
Ergonomía: La ergonomía para el Diseño Industrial como la disciplina que estudia la
relaciones que se establecen recíprocamente entre el usuario y los objetos de uso al desempeñar
cualquier actividad en un entorno definido. Flores (2001) p. 25
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Hermeticidad: Es la cualidad que tiene un recinto u objeto de que no penetren sustancias
o contaminación externas garantizando la calidad del ambiente o producto.
Alimentos deshidratados: Son alimentos con una alta concentración de proteínas y
nutrientes, son alimentos orgánicos los cuales al procesarlos se les extrae solamente el agua que
posean.
Energía renovable: Son fuentes de energía limpias, inagotables y crecientemente
competitivas, se diferencia de los combustibles fósiles principalmente en su diversidad,
abundancia y potencial aprovechamiento en cualquier parte del planeta, sin generar ninguna
emisión de efecto invernadero. A.I.E, national Geographic- ir a bibliografía link.
Sistema de extracción: Los sistemas de extracción localizada se diseñan para captar y
eliminar los contaminantes, antes que se difundan al ambiente general local de trabajo. Quiminet
(2012) sistemas de extracción localizad.
Humedad: Todos los alimentos, cualquiera que sea el método de industrialización al que
hayan sido sometidos, contienen agua en mayor o menor proporción. Las cifras de contenido de
agua varían entre un 60% y un 95% en los alimentos naturales. Hart (1991)
Sistema de control: Un sistema de control automático es una interconexión de elementos
que conforman una configuración denominada sistema, de tal manera que el sistema resultante es
capaz de controlarse por sí mismo. (Hernández 2010) p. 2
Deshidratador: Aparato eléctrico que permite deshidratar frutas, verduras, hongos,
carne, pescado y hierbas aromáticas. Los alimentos cortados en rodajas y dispuestos en bandejas
24
son secados con aire caliente que es ventilado por varias horas. Larousse cocina-deshidratador.
Ir a bibliografía link
Almacenamiento: Espacio planificado para el almacenaje y la manipulación de bienes
materiales de forma eficaz y eficiente. (Rodríguez 2009).
Marco legal
Código de prácticas de higiene para alimento con bajo contenido de humedad – FAO
(Versión 5-1971 y la 75-2015)
Sección III requisitos de materia prima
III.I Recolección y producción de alimentos en condiciones higiénicas
-Eliminación de productos inadecuados.
-Protección de productos.
Sección IV Requisitos de instalaciones y de las operaciones de elaboración.
IV.I Proyectos y construcción de instalaciones.
-Iluminación y ventilación.
-Separación de las operaciones de elaboración.
IV.II Equipos y utensilios.
-Materiales
-Proyecto, construcción e instalación sanitarias.
-Construcción de equipo de secado.
IV.III Requisitos higiénicos.
-Mantenimiento sanitario de la instalación, equipo y edificación.
25
-Lucha contra parásitos.
-Prohibición de animales.
-Salud personal.
-Sustancias tóxicas
-Higiene personal y manipulación de alimentos.
Metodología
La metodología está basada en principios de procedimiento de Nigel Cross y Hans
Gugelot, ya que en el desarrollo del proyecto han permitido realizar procesos de recolección de
datos, diseñar y realizar pruebas, las cuales nos facilita la retroalimentación de cada etapa
permitiendo corregir y volver a diseñar para llegar a la solución más adecuada, además se hace
una estrategia de trabajo basada en principios técnicos, algo de inspiración y creatividad como se
muestra a continuación en la figura 4.
26
Figura 4. Metodología de diseño proyecto de grado.
Nota: elaboración propia.
27
Análisis de datos
Recolección de información
La empresa materia de estudio es “Orgánicos la Finca” la cual está ubicada en el
municipio de Santa Rosa de Cabal en la vereda El Manzanillo en la finca Andalucía, la empresa
está dedicada al proceso de cultivo y procesamiento de productos alimenticios deshidratados que
cuenta con un proceso producción totalmente artesanal.
El proceso de transformación de la materia prima a lo largo de toda su cadena productiva,
ha utilizado métodos de secado artesanales como fogones de leña, o sometiéndolos a bajas
temperaturas para solventar este proceso, dan cuenta de la alta falencia, específicamente en el
proceso de deshidratación de los productos que maneja la empresa.
Este proceso se realiza de manera muy simple, se dispone una bandeja de acero
inoxidable y/o de barro como se muestra en la figura 5, donde se deposita una cobertura de papel
periódico específicamente para aislar las bandejas del producto especialmente en las bandejas de
acero inoxidable; deposita la materia prima ya previamente lavada, secada, rayada o cortada
según la necesidad, lista para el proceso de secado con una última cobertura de papel encima de
los productos para evitar contaminación de agentes externos, para luego disponer la bandeja en
un sitio a recibir la luz solar ya que depende totalmente de esta para deshidratar los productos.
28
Figura 5. Método de deshidratación de la empresa “Orgánicos la Finca”.
Nota: bandejas de barro para el secado de los productos de la empresa.
El método de deshidratación de la empresa solo permite procesar aproximadamente 500 g
de materia prima por bandeja y con una buena radiación solar puede secar el producto en 1 o 2
días.
Las materias primas que maneja la empresa varían en el tipo de alimento desde
tubérculos hasta hierbas aromáticas, cada una de esta cuenta con unas condiciones específicas
tanto en el proceso de corte para facilitar la deshidratación y triturado de estos frutos como se
muestra en la siguiente tabla:
29
Tabla 1. Forma de cortado de los alimentos.
Materia prima Calcificación producto Forma de corte para deshidratar
Ají Fruto Cortado en tiras
Cúrcuma Tubérculo Cortado en láminas delgadas y/o tiras gruesas
Orégano Hierba Cortado en tiras
Cebollín Hierba Cortado en tiras
Cilantro Hierba Cortado en tiras
Nota: Elaboración propia.
De acuerdo a su ubicación geográfica Santa Rosa de Cabal tiene un tipo de clima
templando con fuerte presencia de precipitaciones, siendo las más altas del departamento de
Risaralda, con una temperatura promedio de 18° a 20°C como se muestra a continuación en la
figura 6.
30
Figura 6. Datos de temperatura del clima
Nota: fuente: “es.climate-data.org
La clasificación de los climas es un factor importante, ya que nos indican las
características y condiciones apropiadas para el proceso, además para entender las variaciones
climáticas del entorno, como se muestra en la tabla 2
31
Tabla 2. Clasificación de climas y sus porcentajes.
Clima Porcentaje
territorio
Temperaturas
Cálido 9% < 24 C
Templado 51% 15 y 24 C
Frio 8% < 12 C
Nevado 1% > 12 C
Nota: Tipos de climasfuente:www.colombiana.com/geografia clima
Santa Rosa de Cabal cuenta con una exposición Solar en condiciones favorables de 11
horas de Luz solar que tiende acortarse dependiendo de la variedad climática, reduciendo las
horas de eficiencia energética a un promedio de 4 a 5 horas, dándoles un rango muy corto de
tiempo de proceso para el método actual de la empresa, el cual debe ser aprovechado al máximo
y de una manera eficiente.
La empresa, ubicada en la finca Andalucía, cuenta con una fuente energética constante de
biomasa compuesta por el palo de café y el guamo, como unas de las materias primas que más
aportaría al proceso de combustión con una cantidad aproximada de media tonelada anual. Esta
fuente energética ofrece la cantidad necesaria para solventar de ser necesario el proceso
energético para garantizar la completa deshidratación de los alimentos.
32
El análisis de la empresa y su entorno permite determinar la necesidad que tiene, no sólo
en la parte técnica de procesamiento de los productos, si no de un espacio óptimo que le permita
tener un ambiente controlado de trabajo y almacenamiento de los productos, evitando una
posible contaminación de los mismos debido a que es uno de los factores negativos del proceso.
De acuerdo a los datos recolectados a lo largo de la investigación y además de las
ventajas que ofrece el entorno de la empresa, nos lleva a la creación un invernadero tipo Almeira
el cual tiene la capacidad de aprovechamiento de la radiación solar por medio de la
implementación de un plástico invernadero traslucido, que ayuda a captar su máxima capacidad
durante el desplazamiento del sol en el día, este cuenta con una vida útil relativamente corta a
comparación del resto de materiales ya que su continua exposición requiere mantenimiento como
un cambio del mismo, con un periodo útil de 2 a 3 años, además de ofrecer un área interna
amplia para su buen desplazamiento, labores de trabajo y almacenamiento. Se indaga sobre
métodos que se adaptarían mejor a estas condiciones específicas de la empresa, permitiendo la
autosuficiencia del proceso de preparación y deshidratación de esto alimentos.
Las condiciones meteorológicas y su exposición hacen que el sol sea la fuente energética
más abundante y viable para ser la fuente energética principal del proyecto; uno de los métodos
más factibles para el aprovechamiento de la radiación es el colector solar el cual es una
estructura rectangular que busca recolectar la energía solar y potencializar su temperatura. Para
lograr este proceso el colector debe contar con una pantalla de cristal el cual causa el efecto
invernadero elevando la temperatura en el interior, al igual que la estructura metálica interna que
al contacto directo con el sol ayuda a incrementar la temperatura del aire circundante dentro del
colector aproximadamente 13°c dependiendo de las dimensiones del colector.
33
Uno de los puntos clave es el recubrimiento o aislante térmico el cual busca evitar la
disipación o pérdida de calor durante la captación de la radiación solar, se investigó sobre
materiales que sean aislantes térmicos entre los que encontramos el algodón, el cartón y el
corcho como los materiales más comunes y accesibles en el mercado, además de una cobertura
total interna de pintura negra mate, ya que esta acepta mayor radiación, como se observa en la
(figura 7).
Figura 7. Prototipo de colector solar.
Nota: el colector cuenta con una pantalla de cristal y una lámina de metal en forma de
cilindro para calentar el aire que ingresa al colector y un aislamiento de cartón industrial.
Además que cuenta con una fuente energética auxiliar de combustión de biomasa que
tiene el principio básico del funcionamiento de un horno de leña, se divide en dos partes, la parte
superior donde se genera la combustión y la segunda parte es el receptor de cenizas, donde por
medio de la gravedad caen todos los residuos en la parte inferior del quemador, permitiendo así
completar el proceso de secado de los alimentos en caso de ausencia de luz solar.
34
Este proceso de alternativa energética genera un leve impacto tanto a los productos
procesados como en el entorno de la empresa ya que para este se utiliza materia orgánica vegetal
que en ningún caso debe ser mezclada con toro materiales como polímeros y/o fósiles.
Una de las partes importantes del procedimiento, es la integración de un sistema de
sensores de temperatura y ventiladores para controlar el flujo del aire dentro del deshidratador y
el ambiente de trabajo, donde el sistema controla y muestra todas las variables de las mediciones,
permitiendo tener unos estándares de producción, esto se hace por medio de la programación del
Arduino, donde se programan los rangos de temperatura y, a su vez la activación del ventilador
para el flujo de aire en el proceso efectivo de secado, como se muestra en la figuras 8 y 9.
Figura 8. Programación de Arduino
Figura 9. Instalación de sensor de temperatura y ventilador.
35
Nota: Se programa un rango de temperatura si esta es superada se activa
inmediatamente el ventilador.
Este sistema es alimentado por medio de un circuito de energía renovable,
específicamente solar, por medio de paneles solares poli cristalinos 110v – 12 v, los cuales van
conectados a un inversor donde regula y transforma la energía entrante, luego se dirige hacia la
batería de 12v, a razón de tener una constante energética, ya que el entorno climático de la zona
es muy cambiante, no permite tener un flujo de radiación solar constante para este proceso de
alimentación del sistema eléctrico.
Tipologías
Las tipologías analizadas a continuación son las categorías y las variaciones de diversos
métodos de deshidratación los cuales fortalecen el proceso del proyecto en curso dándole bases
sólidas del funcionamiento de estos además de su comercialización y competencia.
36
Figura 10. Tipología deshidratador excalibur electrónico.
Nota: Elaboración propia.
37
Figura 11. Tipología deshidratador Exhibir equipos
Nota: elaboración propia
38
Figura 12. Tipología invernadero APR Green House and tecnology
Nota: elaboración propia.
39
Figura 13. Tipología deshidratador Saecsa
Nota: elaboración propia.
40
Requerimientos de Diseño
Diseñar una estructura acorde al entorno, en base al estudio del espacio, teniendo en
cuenta las medidas que permitan el correcto almacenamiento y secado, (Determinado por la línea
de producción actual de la empresa para generar una operatividad óptima de producción y
almacenamiento de los productos.) como se muestra en la Tabla 3:
Tabla 3. Requerimientos de uso.
Requerimientos Determinantes Parámetros
Relación producto-usuario
El usuario debe identificar
de manera fácil y clara
cada espacio designado
Señalización visible
de bandejas, zonas
específicas y
materiales.
Implementación y
ubicación
consecutiva de
proceso actual de la
empresa
Seguridad
No debe tener ningún
elemento que represente
un riesgo para los
operarios o para el mismo
producto.
Hermeticidad
Acabados peligrosos
Materia excesiva
Elementos ajenos a
la producción (que
no tenga que ver con
la producción de
estos productos).
Mantenimiento
Debe facilitar el proceso
de limpieza y ajustes de
ser necesarios
Lavado
Limpieza en seco
Aspiración
Reparación
Facilidad de intercambio
de componentes
defectuosos
principalmente el sistema
de deshidratación
Tornillos
Piezas
Equipos
Manipulación y antropometría.
Se limita de acuerdo a las
medidas espaciales
mínimas máximas de
intervención.
Medidas espacios
interiores (cocinas,
pasillos, etc.)
Percentiles
Medidas específicas
de trabajadores.
41
Ergonomía
Debe cumplir tanto con
las condiciones
ambientales del sistema
de producción y con las
condiciones apropiadas
para de interacción de los
trabajadores
Temperaturas
Ventilación
Dimensión del
Ambiente.
Material no hostil
Tabla 4. Requerimientos estructurales.
Requerimientos Determinantes Parámetros
N. de componentes del
prototipo
Utilizar los componentes
necesario para conformación
del Ambiente
Área aproximada de 2*3.6 m.
Bandejas Acero
Inoxidable: 40*60,
80*40.
Vasijas de barro: 20
a 30 cm de diámetro
Componentes de cobertura
Utilizar materiales flexibles
el cual permita un adecuado
acople a la forma estructural
Lonas, plástico,
metal láminas,
materiales
refractarios.
Tipos de uniones
Los ensambles deben ser
fijos una vez montado.
Soldadura
Unión hembra-
macho con refuerzo De ser necesario utilizar
distinto tipos de uniones o
ensambles.
Estructura
Distribución Organizacional
teniendo como prioridad de
espacio el sistema de
deshidratación.
Sistema de
deshidratación
completo
Zona de rallado,
corte, etc.
Zona de
almacenamiento
Sistema de
extracción.
Implementar estructuras de
soporte y refuerzo. Tenso estructura
Estructuras rígidas
42
Tabla 5. Requerimientos de función.
Requerimiento Determinantes Parámetros
Versatilidad
Generación de ambientes
controlados y con sub
divisiones que hacen
factible la línea de
producción de principio a
fin.
Deshidratación
Zona de
almacenamiento
Zona operativa
Sistema de
ventilación
Confiabilidad
El sistema debe funcionar al
100% generando un
excelente resultado en el
proceso de deshidratación
Pruebas de los
sistemas con
exigencia de trabajo
en tiempo de trabajo,
cantidad de materia
prima, en
condiciones
adversas.
Durabilidad
La vida útil de este producto
no está estimada 1 mes
5 meses
1 año
Implementar materiales y equipos adecuados a partir del diseño experimental que permita
un óptimo funcionamiento del sistema, en el proceso de secado, extracción y almacenamiento.
Requerimientos Determinantes Parámetro
Sistema energético
Generación de un sistema
híbrido en un ambiente para
un proceso de
deshidratación utilizando
como fuente principalmente
energías renovables y una
fuente convencional alterna.
Energía solar
Energía térmica
Energía eléctrica
Combustión a gas
Probetas
Pruebas y ensayos de
los sistemas a
implementar hasta su
funcionamiento total.
Sistema de secado
Sistema de
extracción
Almacenamiento
Hermeticidad
Experimentar con múltiples fuentes energéticas renovables y tradicionales, por medio de
probetas y ensayos de funcionalidad que logren la deshidratación de los productos de la empresa.
43
Tabla 6. Requerimientos técnico-productivos.
Requerimiento Determinante Parámetro
Materia prima
Usar materiales resistentes a
las condiciones
climatológicas del
municipio, sean flexibles y
los que faciliten el trabajo
PVC, Aluminio,
acero, polímeros
materiales amigables
con el medio
ambiente.
Implementar materiales con
alto nivel de asepsia para
elementos internos
necesarios, herramientas y
equipos.
Acero inoxidable,
vidrio, metales,
algunos polímeros
Implementar equipos
adecuados para un óptimo
funcionamiento de todo el
sistemas
Ventiladores,
sensores, Ardiuno,
sistemas de control.
Mano de obra
La mano de obra debe ser
personal capacitado y/o
artesano de la región de
acuerdo a cada técnica
implementada en la
construcción de prototipo.
Soldadura, control de
Sistemas, estructura,
Materiales nuevos.
Modo de producción Artesanal y semi-industrial
Soldadura,
ensambles,
instalación de
equipos,
Resistencia
La estructura no solo debe
soportar los esfuerzos
convencionales si no que
debe tolerar el clima del
municipio de Santa Rosa de
Cabal
Viento máx. 6 km/h
Lluvia
Golpes
Peso no mayor a 10
kg
Temperatura 18 a 30
°C.
Precio
La construcción del
deshidratador debe
realizarse con el menor
costo posible.
44
Concepto de Diseño
Figura 14. Concepto de diseño
Nota: Elaboración propia.
Alternativas de diseño
La realización de las alternativas de diseño se basan en la necesidad de un ambiente de
trabajo y un método de deshidratación, el cual pudiera brindar un proceso efectivo y constante de
secado por medio de fuentes renovables más abundantes en su entorno, los cuales, son la energía
solar y biomasa; están sujetas a los objetivos del proyecto, este tiene su fuerte en la aplicación de
materiales y funcionalidad de todos sus sistemas de deshidratación y procesamiento, como se
muestran en las siguientes figuras:
45
Figura 15. Alternativas de diseño tipo Almeira
Nota: Elaboración propia.
46
Figura 16. Alternativa tipo Capilla.
Nota: Elaboración propia.
47
Figura 17. Alternativa tipo Almeira.
Nota: Elaboración propia.
48
Figura 18. Alternativa tipo Almeira
Nota: Elaboración propia.
49
Evaluación de alternativas
A continuación se califican las alternativas de diseño, de acuerdo a unos valores que
identifican las opciones más viables para la ejecución del proyecto, como se muestra a
continuación en la figura 19.
Figura 19. Evaluación de alternativas de diseño.
Nota: Elaboracion propia.
50
Detalles de diseño
A continuación en la figura 20, 21 y 22, se muestra a detalle la distribución y conformación del
deshidratador, tanto en su cabina de deshidratación como en el quemador de biomasa y el sistema de
cierre para independizar los flujos de los dos sistemas de combustión del proyecto.
Figura 20. Detalle de la cabina de deshidratación, sistema de cierre.
Nota: Detalles a mano y elaboración propia.
51
Figura 21. Detalle de quemador de biomasa y sus partes.
Nota: Elaboración propia.
52
Figura 22. Sistema de paso de flujo de aire caliente desde el quemador de biomasa hacia
la cabina de deshidratación.
Nota: Elaboración propia.
Modelos o simuladores
De acuerdo a la fase 5 de la metodología planteada en el proyecto, se genera un prototipo
funcional del colector solar para evaluar su funcionalidad en la cual también fue sometida a
pruebas en un entorno similar al de la empresa en aspectos meteorológicos como se muestran en
figuras 23, figura 24, figura 25.
53
Figura 23. Colector solar escala.
Nota: Se recubre el interior con un aislante térmico para evitar perdida de calor.
Figura 24. Programación del sistema de Arduino uno.
Nota: extraído de www.youtube.com/watch?v=-9Mj24Wbq2w
Figura 25. Funcionamiento del sistema del colector solar.
Nota: Resultados de aumento de temperatura de unos 24°c a 37°c.
54
Propuesta final
Después de la realización de la metodología de investigación y del análisis de la
información se llegó a la alternativa final de un sistema de deshidratación conformado por un
ambiente de trabajo controlado y deshidratador hibrido de energías renovables y la distribución
estructural como se ve a continuación en la figura 26 y figura 27.
Figura 26. Alternativa final del proyecto.
Nota: Elaboración propia.
Figura 27. lternativa final parte posterior y vista del deshidratador.
Nota: vista con y sin vidrio en el colector, elaboración propia.
55
Render
A continuación se muestra el prototipo final con aplicación de materiales reales, como se
logra ver en la figura 28 y 29.
Figura 28. Render vista del ambiente de trabajo.
Nota: elaboración propia
56
Figura 29. Render vista del deshidratador y el colector solar.
Nota: elaboración propia.
57
Secuencia de uso
Figura 30. Secuencia de uso del producto.
Nota: debe seguir el proceso adecuadamente para no generar inconvenientes o pérdidas
en el proceso, elaboración propia.
58
Tabla 7. Tipo de corte para cada producto.
Materia prima Calcificación producto Forma de corte para deshidratar
Ají Fruto Cortado en tiras
Cúrcuma Tubérculo Cortado en láminas delgadas y/o tiras gruesas
Orégano Hierba Cortado en tiras
Cebollín Hierba Cortado en tiras
Cilantro Hierba Cortado en tiras
Nota: Elaboración propia
59
Figura 31. Áreas designadas las cual son indicadas por la secuencia de uso.
Nota: elaboración propia.
60
Planos técnicos
Figura 32. Plano técnico vista superior.
Nota: Elaboración propia.
61
Figura 33. Plano técnico vista frontal.
Nota: Elaboración propia.
62
Figura 34. Plano de vista lateral derecha.
Nota: Elaboración propia.
63
Figura 35. Plano vista isométrica.
Nota: Elaboración propia.
64
Despiece
Se muestra el plano de explosión de la estructura superior del ambiente de trabajo
parales, travesaños e uniones, como se ve en la figura 36.
Figura 36. Plano de despiece de estructura.
Nota: Elaboración propia.
La estructura está conformada por unión de soldadura en su estructura principalmente en
la base estructural del proyecto al igual que posee uniones tipo hembra/macho en la estructura
de enceramiento las cuales cuentan con unos refuerzos en cada uno de ejes de barras roscadas de
65
½” las cuales ayudan a conservar la estabilidad y evitar desajustes con el paso del tiempo y la
exposición al clima de la región.
Proceso productivo
Proceso productivo para la construcción del prototipo.
Tabla 8. Procesos, maquinaria y medidas.
Proceso Maquina o
herramienta
Cantidad Medidas Material
Cortar Cierra circular
para metal
2 2,80 m Tubería cuadrada
de 10 cm x 10
cm x 6 m 2 2,30 m
4 10 cm
Cortar Cierra circular
para metal
8 2 m
Tubería de
encerramiento
galvanizado 2 ½
4 1,25 m
3 2,30 m
6 10 cm
3 3 m
Cortar Cierra circular
para metales
8 10 cm
Tubería de
encerramiento
galvanizado de
3´´
8 20 cm
14 10 cm
2 15 cm
18
20 cm de largo y se
corta a la mitad
verticalmente.
Cortar Cierra circular 4 1,74 m Tubería cuadrada
66
para metales 16 60 cm acero de 4 cm x4
cm x 6 m.
2 32 cm con un extremo
en Angulo de 24,47°
2 91 cm con un extremo
de Angulo de 24,47°
3 1,40 m
6 5 cm
Cortar Cierra circular
para metales
2 1,50 m
Angulo en L 1´´
x 6 m 2 1 m
14 60 cm
Cortar y doblar
1 1 m x 1,50 m
Lamina de acero
gold rolld calibre
18
2 1,50 m x 17 cm
2 1 m x 17 cm
1 1,35 m x 18 cm
5 63 cm x 63 cm margen
de 3 cm
1 78 cm x 1,15 m
1 78 cm x 85 cm
2 78 cm x 65 cm
6 16 cm x 16 cm
Cortar y doblar 5 63 cm x 63 cm
Margen de 3 cm
Lamina de acero
inoxidable de
calibre 20
Cortar Tijeras para
metal
6 58 cm x 58 cm Malla de acero
inoxidable
calibre 20 1 6 cm x 6 cm
67
Cortar Tijeras para
metal
2 58 cm x 58 cm Malla colmena
expandida
calibre 18 1 13 cm x 13 cm
Cortar Tijeras para
metal 1 1,40 m x 10 cm
Malla exp.
Calibre 18
Cortar Tijeras para
metal 1 90 cm x 1,40 m
Teja de zinc de
calibre 22
Cortar y Doblar Dobladora se
dobla a los 2 cm
12 4 cm x 60 cm Lamina ce acero
inoxidable 12 4 cm x 58 cm
Cortar Cortadora laser 4 1,50 m x 12 cm
Cartón industrial 4 95 cm x 12 cm
Cortar Tijeras
1 2,20 m x 10,6 m Plástico
invernadero
calibre 16 1 2,70 m x 2,80 m
Cortar Pulidora 36 9 cm Barra roscada
Cortar Cierra circular de
madera
12
2,80 m con
perforaciones en las
uniones de la base Tablas de pino
0.2 cm x 20cm x
3,6 m 1
2,80 m x 10 cm
perforaciones en las
uniones de la base.
Soldar
Soldador
convencional
Especificaciones
de medida en los
planos técnicos.
6 Uniones superior
Soldadura truper
1 Base del ambiente de
trabajo
8 Uniones inferiores en la
base del ambiente.
1 Estructura del
deshidratador
1 Colector solar
68
Perforar Taladro 36
Perforaciones en las
uniones superiores
especificaciones en los
planos técnicos
Materiales (especificaciones)
Se muestra las especificaciones y usos de los materiales utilizados para este proyecto en la tabla
9.
Tabla 9. Características de los materiales empleados.
Material Características Uso Presentación
comercial
Acero
Tiene una densidad
media.
Puede contraerse,
dilatarse o fundirse.
Relativamente dúctil.
Material tenaz en
aleación para
herramientas
Es altamente maleable
Se puede soldar con
facilidad
Se le pueden hacer
tratamiento para ser
más resistente.
Posee alta
conductividad.
Puede ser reciclado.
Estructura
inferior del
ambiente de
trabajo.
Estructura del
deshidratador
y recubriendo
externo de
este.
Tubo cuadrado
de 10 cm x
10cm x 6 m.
Tubo cuadrado
de 4cm x 4cm
x 6 m
Lamina de
acero 270
x180 cal. 20
Acero Enorme durabilidad Estructura Tubería
69
Galvanizado hasta 100 años en
ambiente rural
No requiere proceso de
mantenimiento.
Excelente costo
beneficio.
Muy buena resistencia.
Puede ser soldado y
atornillado con
facilidad.
superior del
ambiente y
uniones de
esta.
redonda
1 ½´´ x 6 m.
Tubería
redonda
1 ¼ ´´ x 6 m.
Acero
inoxidable
Tienen buena
resistencia a la
corrosión.
Resistente a las
temperaturas extremas.
Alta durabilidad y
elasticidad.
Es de fácil limpieza.
Es bastante maleable
Es reciclable.
En las
bandejas y la
cabina interna
del
deshidratación
.
Royo de 15 m
x 1.80 m.
Lámina 270 x
180 m.
Aluminio Metal anti-
ferromagnético.
Excelente conductor
térmico y eléctrico.
Es un material muy
liviano.
Es un material
maleable.
Es resistente a la
Puerta del
invernadero y
cajas de
almacenamien
to de control
eléctrico.
Perfiles,
Tuberías Y
laminas.
70
tensión y compresión.
Es un material inerte.
Nota: elaboración propia.
Prototipo
Figura 37. Vistas del prototipo vista frontal.
Nota: Elaboración propia.
71
Figura 38. Vista del prototipo vista posterior.
Nota: Elaboración propia.
72
Presupuesto
Tabla 10. Presupuesto de materiales del proyecto. Elaboración propia.
Nit Cliente Contacto Fecha Ciudad
0 Jairo Arias jairo Arias 25/10/2020 periera
Telefono Dirección E-mail decuento % tipo de pago
314 730 06859vereda el manzanillo fincaandalucia st. rosaxxxxxxxxxxxxxx 5 contado
Item Codigo Desrcipción Cantidad Unidad vr. Unitario vr. Total
1 N/A
tuberia cuadrada de mueble
de 10x10x600 cm 9 unidad 162.100$ 1.458.900$
2 N/A
tuberia de enceramiento
galbanizado 2 1/2´´ x 2mm por
6 metros 9 unidades 68.100$ 408.600$
3 N/A
tuberia de encerramiento
gabanizado 3´´ x 16 mm por 6
metros 2 unidad 46.500$ 93.000$
4 N/A
lamina de acero cold rolled
270x180 calibre 20 4 unidad 170.000$ 680.000$
5 N/A
lamina de acero cold rolled
270x180 calibre 18 3 unidad 200.000$ 600.000$
6 N/A
listones de pino de 2
cmx20cmx 3.96 m 13 unidad 41.100$ 534.300$
7 N/A
malla en acero inoxidable
calibre 20 6 m² 103000 + Iva 618.000 + Iva
8 N/A
malla expandida ExR 20mm
calibre 18 1 m² 120.000$ 120.000$
9 N/A
malla expandida ExR 12mm
calibre 18 colmena 2 m² 18.700$ 37.400$
10 N/A
tuberia cuadrada de
4cmx4cmx 6 m acero 5 unidades 40.000$ 200.000$
11 N/A Angulo en L de 1´´ x 6 m 2 unidad 24.500$ 49.000$
12 N/A
vidreo de plano 1m x150 m x 4
mm 1 unidad 38.000$ 38.000$
13 N/A
teja de zinc de 90x215 cm
calibre 22 1 unidad 16.000$ 16.000$
14 N/A soldadura truper 10 1kg 9.800$ 98.000$
15 N/A
plastico ivernadero calbre 16
por 4 metros 21 m 12.000$ 252.000$
16 N/A
lamina de acero inoxidable 5
x 10 m 1 unidad 506.000$ 506.000$
17 N/A barra roscada 1 m x 1/2" 3 unidad 6.500$ 19.500$
18 N/A tuercas de 1/2" 90 unidad 300$ 27.000$
19 N/A arandelas 90 unidad 300$ 27.000$
20 N/A
lamina de carton insdutrial
1.20 m x 2 m x 0.005 m 1 unidad 13.500$ 13.500$
20 N/A ardiuno 2 unidad 40.000$ 80.000$
21 N/A termocupulas (sensor de temperatura) 2 unidad 6.000$ 12.000$
22 N/A
ventilador de 12 v 9.5 x 9.5x9x
8cm de radio 1 unidad 10.000$ 10.000$
25 N/A ventilador 12 cm de radio 1 unidad 14.000$ 14.000$
26 N/A pantalla LCD 2 unidad 20.000$ 40.000$
27 N/A cable awg #16 40 m 2.000$ 80.000$
28 N/A panel solar poli cristalino 1 unidad 124.500$ 124.500$
29 N/A bateria de moto 1 unidad 90.000$ 90.000$
30 N/A inversor DC-Ac 110 v-12v 1 unidad 87.900$ 87.900$
valor total 5.722.600$
31 N/A mano de obra 4.278.000$
valor total 10.000.000$
parte electrica
73
Viabilidad comercial
Figura 39. Comparación comercial de productos.
Nota: sitio web https://www.olx.com.co/item/invernaderos-domosgeodesicosdisenos
elaboración propia.
Invernadero Domosgeodesico.
Es una estructura de madera con formas triangulares con uniones de metal, el cual
proporciona un espacio de trabajo amplio además de ser desmontable y cuenta con una
superficie de polímero especial para este tipo estructura.
74
Sistema hibrido eco sostenible de deshidratación.
El sistema de deshidratación está compuesto por dos elementos. un ambiente de trabajo
tipo invernadero Almeira, el cual está construido en metal en su mayoría y recubierta por un
polímero especial para invernaderos, el cual cuenta con una espacialidad ergonómica para un
operador y cuenta con una distribución interna correspondiente a la línea de producción
prestablecida por la empresa.
El segundo es un deshidratador eco sostenible el cual está construido en metal como en
acero inoxidable y es alimentado tanto por energía solar por medio de un colector que está
conformado por una pantalla de cristal y estructura interna de zinc además de una cabina de
combustión de biomasa siendo esta una fuente energética auxiliar.
Además de tener un sistema automatizado de por medio de una placa de Arduino con
sensores de temperatura y ventiladores tanto en el ambiente de trabajo como en el deshidratador
permitiendo tener un condiciones óptimo de trabajo.
Conclusiones
En este proyecto se diseñó un sistema de deshidratación con base en fuentes energéticas
renovables y convencionales, mejorando el proceso de deshidratación de la empresa “Orgánicos
la Finca”.
Para el cumplimiento del objetivo específico número 1 se realizó una estructura que
cuenta con las condiciones espaciales, ergonómicas y meteorológicas de la empresa ya que se
determinó un espacio de construcción de 13.54 m2 donde se reduce a un área operativa 5.98 m2
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que proporcionan un espacio ergonómico adecuado, con el fin de ofrecer una buena movilidad y
operatividad al interior de la zona de trabajo teniendo la estatura y contextura de usuario de esta
manera entendemos mejor la disponibilidad del ambiente y la distribución del mismo.
Una de la puntos más importantes de la elaboración de la estructura fue verificar que
permitiera aprovechar de la mejor manera la energías solar, para esto adoptó un invernadero tipo
Almeira el cual permite receptar la mayor radiación posible durante el día, contribuyendo al
proceso de preparación y almacenamiento de los alimentos, además de una estructura que
permite deshidratar los productos de la empresa de manera más eficaz, alimentada por medio de
un colector solar y un quemador de biomasa dando así la posibilidad de procesar los alimentos
sin importar el tipo de clima que pueda ofrecer el entorno.
Para el cumplimiento del objetivo específico número 2 se utilizaron materiales y equipos
electrónicos locales de fácil adquisición y variedad en su composición; fue necesario tener
presente las cargas estructurales y la función que cumple cada una dentro del diseño además de
tener en cuenta factores como durabilidad y exposición de los materiales al clima , y así poder
determinar que material es el más adecuado para su implementación, teniendo siempre presente
que los equipos electrónicos realizan tanto el proceso de medición como acondicionamiento del
ambiente de trabajo, por medio del flujo de aire dentro y fuera del deshidratador.
Para dicho acondicionamiento automatizado fue necesario conocer que acciones del
proceso son las que debemos tener en cuenta para la medición de los valores de temperatura y
ventilación en el proyecto; mientras que los factores más arduos que se necesitaron en este
proceso fueron el poder establecer la carga eléctrica que tiene cada uno de los elementos, ya que
76
estos valores deben ser exactos en consumo de energía debido a la posibilidad de que se puedan
generar daños y pérdida de estos, si se le aplica un carga eléctrica superior a la necesaria.
Para el cumplimiento del objetivo específico número 3 se realizaron diversas pruebas con
varias opciones de diseño teniendo en cuenta las fuentes energéticas implementadas, para esto
fue necesario conocer el volumen que ocupa el área de deshidratación, el cual es directamente
proporcional al área tanto del colector solar como del quemador de biomasa, este garantiza que el
volumen de aire circundante sea suficiente para el proceso de deshidratación de los alimentos sin
generar pérdidas, para este proceso fue necesario calcular la cantidad de energía tanto solar como
de biomasa que puede brindar el entorno de la empresa para un proceso constante y efectivo de
secado.
Uno de los factores importantes es determina la factibilidad de proyecto en cuanto a un
posible aumento de producción de este tipo de alimentos deshidratados, llevando a un
escalonamiento tanto estructural como en capacidad de producción. El cual es factible el
funcionamiento del sistema donde implica un aumento tanto de la capacidad energética además
un considerable aumento en el aspecto económico que garantizara una buena práctica de
producción.
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Plano de vista del deshidratador.
Nota: elaboración propia.
81
Plano de vista de uniones.
Nota: elaboración propia.
Manual de identidad corporativa del proyecto de grado. Link.
https://drive.google.com/file/d/1QPLiW2PRNkmvgwBQkR61IhxWmSP2Uy2w/view?us
p=sharing
