Guerreros Rivera.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS
PRESENTADA POR EL BACHILLER:
GUERREROS RIVERA ROBERTO JESÚS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO
HUANCAYO – PERÚ
2016
DISEÑO DE MÁQUINA PELADORA PARA LA EXTRACCIÓN DE
LA PULPA DE OPUNTIA FICUS-INDICA EN LA REGIÓN JUNÍN

i
ASESOR
Ing. BRECIO LAZO BALTAZAR

ii
AGRADECIMIENTO
Mis gratitudes a Dios que me acompaña y guía siempre, a la facultad de
Ingeniería Mecánica de la UNCP donde pasé los mejores años y a los Ingenieros
por sus enseñanzas y consejos que junto a mis amigos forjaron en mi un
sentimiento mecánico que no morirá nunca.

iii
DEDICATORIA
A Dios por ser el camino y soporte en mi vida, en
quien creo para así poder realizar los objetivos
que me proponga.
A mis padres Carmen Rivera y Jesús Guerreros
les dedico este trabajo y les agradezco
eternamente por sus palabras de aliento en las
peores situaciones, por no dejar de creer en mi y
darme los mejores momentos de felicidad, y por
qué paso a paso superaremos juntos todos los
obstáculos.
A mis tías, tíos, primas y primos que formaron
parte importante de mi crecimiento y desarrollo
profesional, les agradezco por el cariño y aprecio
que me tienen.

iv
RESUMEN
La presente tesis trata del diseño de una máquina peladora para la extracción de
la pulpa de Opuntia ficus-indica que con ayuda de la metodología de diseño VDI
2222 y sus cuatro fases para el diseño que nos aconseja se logró obtener un
proyecto definitivo dando un paso al conocimiento y avance tecnológico del país
que puede y se espera sea mejorado en futuras investigaciones.
En el primer capitulo se plantea el problema y la necesidad de contar con una
máquina peladora, se establece un objetivo a alcanzar, las limitaciones y
justificaciones del por que se desarrolló esta tesis.
En el segundo capitulo se expone las investigaciones anteriores, se propone una
Hipótesis, se identifica las variables y sus respectivas definiciones conceptuales y
operacionales.
El tercer capitulo menciona el método de diseño a utilizar con sus respectivas
fases o procedimientos para lograr un proyecto definitivo, también se define la
técnica de recolección de datos y el procedimiento de recolección de los mismos.

v
El cuarto capítulo es el más extenso y detallado debido a que es en este capítulo
donde se desarrolló todas las fases de diseño, comenzando desde el estado de la
tecnología actual, seguidamente proponiendo posibles soluciones, evaluándolas
para después elegir la solución óptima y culminando en la elaboración de los
detalles y configuraciones que tiene la máquina.
En el quinto capítulo se presentan los resultados, discusión e interpretación de los
mismos. Para culminar la tesis se realizó las conclusiones y recomendaciones
además de presentar la bibliografía según la norma APA.
Palabras claves: Diseño de Ingeniería, máquina peladora, metodología de
Diseño.

vi
ABSTRAC
The present thesis is about the design of a peeling machine for extracting pulp of
Opuntia ficus-indica that using design methodology VDI 2222 and its four phases
for design advising us managed to get a final draft stepping knowledge and
technological advancement of the country that can and is expected to be improved
in future research.
In the first chapter the problem is described and arise the need for a peeling
machine, a goal to achieve, limitations and justifications that this thesis was
developed states.
In the second chapter presents previous research, a hypothesis is proposed,
variables and their respective conceptual and operational definitions are identified.
The third chapter mentions the design method to use with their respective phases
or procedures to achieve a final draft, the technique of data collection and the
collection procedure is also defined them.
The fourth chapter is the most extensive and detailed because it is in this chapter
where all phases of design was developed, starting from the state of current

vii
technology, then proposing possible solutions, evaluating them and then choose
the optimal solution and culminating in the working out the details and
configurations having the machine.
In the fifth chapter the results, discussion and interpretation thereof are presented.
To complete the thesis the conclusions and recommendations made in addition to
presenting the bibliography according to APA standard.
Key Word: Engineering design, peeling machine, design Methodology.

viii
ÍNDICE GENERAL
Página
ASESOR …………………………………………………………………………….. i
AGRADECIMIENTO ……………………………………………………………….. ii
DEDICATORIA ……………………………………………………………………... iii
RESUMEN ………………………………………………………………………….. iv
ABSTRAC …………………………………………………………………………… vi
ÍNDICE GENERAL …………………………………………………………………. viii
ÍNDICE DE FIGURAS ……………………………………………………………… xi
ÍNDICE DE TABLAS ……………………………………………………………….. xiv
INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………… 1
CAPÍTULO I ………………………………………………………………………… 2
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ………………………………………………. 2
1.1 Planteamiento del problema …………………………………………………. 2
1.2 Formulación del problema …………………………………………………… 3
1.2.1 Problema General ……………………………………………………….... 3
1.3 Objetivos de la investigación ………………………………………………… 3
1.3.1 Objetivo general ………………………………………………………...... 3
1.3.1.1 Objetivo específico …………………………………………………... 3
1.4 Justificación ……………………………………………………………………. 4
1.5 Limitaciones del estudio ……………………………………………………… 4
CAPÍTULO II ………………………………………………………………………... 5
MARCO TEÓRICO ………………………………………………………………… 5
2.1 Antecedentes de la investigación …………………………………………… 5
2.2 Bases teóricas ………………………………………………………………… 7

ix
2.2.1 La tuna …………………………………………………………………….. 7
2.2.2 Máquina peladora ………………………………………………………… 16
2.3 Bases conceptuales …………………………………………………………... 23
2.4 Hipótesis ……………………………………………………………………….. 23
2.5 Operacionalización de variables …………………………………………….. 24
CAPÍTULO III ……………………………………………………………………….. 25
METODOLOGÍA DE DISEÑO ……………………………………………………. 25
3.1 Método de diseño ……………………………………………………………... 25
3.2 Tipo de diseño …………………………………………………………………. 26
3.3 Nivel de diseño ………………………………………………………………… 26
3.4 Diseño de la investigación …………………………………………………… 26
3.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ………………………… 26
3.5.1 Técnicas de recolección de datos ……………………………………… 26
3.5.2 Instrumentos de recolección de datos …………………………………. 26
3.6 Procedimiento de recolección de datos …………………………………….. 27
CAPÍTULO IV ……………………………………………………………………….. 28
MÁQUINA PELADORA PARA LA EXTRACCIÓN DE LA PULPA DE
OPUNTIA FICUS-INDICA …………………………………………………………. 28
4.1 Comprensión de la solución …………………………………………………. 28
4.1.1 Estado de la tecnología ………………………………………………….. 29
4.1.2 Lista de exigencias ……………………………………………………….. 33
4.2 Concepto de la solución ……………………………………………………… 35
4.2.1 Abstracción: caja negra ………………………………………………….. 35
4.2.2 Estructura de funciones ………………………………………………….. 35
4.2.3 Concepto para la obtención de la solución ……………………………. 37
4.2.3.1 Matriz morfológica …………………………………………………… 38
4.2.3.2 Disposición básica …………………………………………………… 39
4.2.3.3 Evaluación del concepto de solución ……………………………… 42
4.3 Elaboración del proyecto ……………………………………………….......... 46
4.3.1 Proyecto preliminar ………………………………………………………. 46
4.3.2 Proyecto definitivo ………………………………………………………... 48
4.4 Elaboración de detalles ………………………………………………………. 49
4.4.1 Sistema de alimentación y transmisión ………………………………… 49
CAPÍTULO V ………………………………………………………………………... 72
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ……………………………………….. 72
5.1 Presentación de resultados ………………………………………………….. 72
5.2 Prueba de hipótesis …………………………………………………………... 73
5.3 Discusión e interpretación de resultados …………………………………… 73

x
5.4 Aportes y aplicaciones ……………………………………………………….. 74
CONCLUSIONES ………………………………………………………………….. 75
RECOMENDACIONES ……………………………………………………………. 76
BIBLIOGRAFIA ……………………………………………………………………... 77
ANEXOS …………………………………………………………………………….. 78

xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1 : Espinas de 2 a 3 mm de longitud ……………......................... 3
Figura 2 : Imagen de tunas de diferente color …………………………… 7
Figura 3 : Pulpa del fruto de la Opuntia ficus-indica …………………….. 8
Figura 4 : Opuntia ficus-indica …………………………………………….. 9
Figura 5 : Características de la tuna ……………………………………… 9
Figura 6 : Vendedora de tunas …………………………………………….. 10
Figura 7 : Corte polo mayor ………………………………………………... 10
Figura 8 : Corte polo menor ………………………………………………... 10
Figura 9 : Corte longitudinal ……………………………………………….. 11
Figura 10 : Desprendimiento de la cáscara ……………………………….. 11
Figura 11 : Recolección de tunas ……………………................................ 11
Figura 12 : Longitud ………………………………………………………….. 11
Figura 13 : Diámetro mayor …………………………………………………. 11
Figura 14 : Polo mayor ………………………………………………………. 12
Figura 15 : Polo menor ………………………………………………………. 12
Figura 16 : Peso ………………………………………………………………. 12
Figura 17 : Corte de prueba polo mayor …………………………………… 14
Figura 18 : Corte de prueba polo menor ………………............................. 14
Figura 19 : Corte de prueba longitudinal …………………......................... 15
Figura 20 : Medición del espesor de la cáscara …………………………... 15
Figura 21 : Resultados de la prueba de corte ……………………………... 15
Figura 22 : DCL de una viga simplemente apoyada ………..................... 17
Figura 23 : Convenciones de signos de la flexión y el cortante …………. 17
Figura 24 : Viga recta en flexión positiva …………………………………... 18
Figura 25 : Esfuerzos en flexión …………………………………………….. 18
Figura 26 : Transmisión de movimiento mediante poleas ……………….. 19
Figura 27 : Movimiento de leva ………………........................................... 20
Figura 28 : Cigüeñal ………………………………………………………….. 20
Figura 29 : Tipos de giro …………………………………………………….. 21
Figura 30 : Máquina peladora de naranjas ……………………….............. 29

xii
Figura 31 : Máquina peladora de kiwi ……………………………………… 29
Figura 32 : Máquina peladora de manzanas ………………………………. 30
Figura 33 : Máquina peladora múltiple ……………………………………... 30
Figura 34 : Máquina peladora manual ………………................................ 31
Figura 35 : Peladora manual de manzana ………………………………… 31
Figura 36 : Guillotina de piñas ………………………………………………. 32
Figura 37 : Máquina para extraer la pulpa …………………………………. 32
Figura 38 : Máquina picadora de papa …………………………………….. 33
Figura 39 : Caja negra ……………………………………………………….. 35
Figura 40 : Estructura de funciones …………………................................ 36
Figura 41 : Alternativa de solución S1 …………....................................... 39
Figura 42 : Alternativa de solución S2 …………………............................ 40
Figura 43 : Alternativa de solución S3 ………………................................ 41
Figura 44 : Resultado de la evaluación Técnico-Económico ……………. 45
Figura 45 : Principio tecnológico ……………………………………………. 46
Figura 46 : Concepto de solución óptimo ………………………………….. 47
Figura 47 : Proyecto preliminar óptimo …………………………………….. 47
Figura 48 : Proyecto definitivo ………………………………………………. 48
Figura 49 : Transportador 1 …………………………………………………. 49
Figura 50 : Características de la tuna ……………………………………… 50
Figura 51 : Sujetadores del transportador 1 ……………………………….. 50
Figura 52 : Transportador 1 y tuna …………………………………………. 51
Figura 53 : Espacio entre los sujetadores …………………………………. 51
Figura 54 : Planos inclinados para la expulsión del material de desecho…….. 52
Figura 55 : Punto de sujeción con la biela …………………………………. 52
Figura 56 : Cigüeñal y biela …………………………………………………. 53
Figura 57 : Biela y análisis dinámico ……………………………………….. 53
Figura 58 : Rueda-centro instantáneo ………………………….................. 54
Figura 59 : Centro instantáneo de velocidad ……………………………… 54
Figura 60 : Posición de la biela y manivela en el punto superior ……….. 54
Figura 61 : Punto inferior …………………………………………………….. 55
Figura 62 : Posiciones superior e inferior ………………………………….. 55
Figura 63 : Teorema de existencia de un triangulo ……………………….. 56
Figura 64 : Triangulo entre las posiciones superior e inferior …………… 56
Figura 65 : Distancia al eje del cigüeñal …………………………………… 57
Figura 66 : Ángulo de desfase ………………………………………………. 58
Figura 67 : D.C.L. De las bielas 1 y 2 ………………………………………. 59
Figura 68 : Momento en el cigüeñal ………………………………………... 60
Figura 69 : Masa del cigüeñal ………………………………………………. 61
Figura 70 : Diagrama de cuerpo libre, fuerza cortante y momento flector ……. 62
Figura 71 : Análisis de esfuerzo cortante ………………………………….. 63
Figura 72 : Transportador 2 …………………………………………………. 64
Figura 73 : Extensión del transportador 2 …………………………………. 64

xiii
Figura 74 : Posiciones de la biela 1 y 2 ……………………………………. 65
Figura 75 : Transportador 2 vista lateral …………………………………… 65
Figura 76 : Rodamientos …………………………………………………….. 66
Figura 77 : Tipos de rodamiento ……………………………………………. 66
Figura 78 : Tolerancias para los rodamientos …………………………….. 67
Figura 79 : Sistema de corte 1 ……………………………………………… 68
Figura 80 : Elemento de corte 1 …………………………………………….. 68
Figura 81 : Sistema de corte 2 ……………………………………………… 69
Figura 82 : Elemento de corte 2 …………………………………………….. 69
Figura 83 : Elemento para desprender la cáscara ………………………... 70
Figura 84 : Rayador de verduras casero ……………………..................... 70
Figura 85 : Desprendimiento de la cáscara ……………………………….. 70
Figura 86 : Proyecto definitivo ………………………………………………. 72

xiv
ÍNDICE DE TABLAS
Página
Tabla 1 : Características de la tuna ………………………………………… 12
Tabla 2 : Análisis de resultados …………………………………………….. 14
Tabla 3 : Promedio de los resultados de la prueba de corte …………….. 16
Tabla 4 : Operacionalización de la variable dependiente ………………... 24
Tabla 5 : Operacionalización de la variable independiente ……………… 24
Tabla 6 : Lista de exigencias ………………………………………………... 33
Tabla 7 : Matriz morfológica ………………………………………………… 38
Tabla 8 : Criterios técnicos y económicos …………………………………. 42
Tabla 9 : Evaluación económica del concepto de solución ……………… 43
Tabla 10 : Evaluación técnica del concepto de solución ………………….. 44
Tabla 11 : Valores para el radio de la manivela y longitud de la biela …… 57
Tabla 12 : Pesos de los componentes principales de la máquina
peladora ……………………………………………………………. 73

1
INTRODUCCIÓN
En innumerables actividades que el hombre realiza ha visto la posibilidad de
maximizar resultados usando la ingeniería y reemplazándose a sí mismo con
máquinas de alto nivel tecnológico, disminuyendo tiempos de operación,
mejorando la calidad de los procesos, y minimizando riesgos de accidentes y
lesiones.
En consecuencia al ubicar un problema en el proceso de pelado de las tunas que
provoca lesiones debido a su propio mecanismo de defensa (espinas) surgió la
idea de realizar el diseño de una máquina peladora que disminuya el riesgo de
lesiones a las personas que manipulan este fruto ya sea para el comercio o para
su propio consumo.
El diseño de la máquina peladora se realizó efectivamente siguiendo las fases
que aconseja la metodología de diseño VDI 2222 que en resumen se dividen en 4
fases que ayudan a mejorar la creatividad e imaginación para así obtener un
proyecto definitivo.
Roberto J. Guerreros Rivera

2
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La Región Junín debido al tipo de clima que posee (templado y seco),
favorece al crecimiento de una planta cuyo nombre científico es “Opuntia
ficus-indica”, de nombre común que varía para distintos países, es decir:
Chumbo en Francia, Tzabar en Israel, Kaktusfeigen en Alemania, Nopal en
México y en Latinoamérica la conocemos como “Tuna”.
El fruto de la Opuntia ficus-índica (tuna) posee distintas propiedades
nutritivas para la salud, dichas propiedades son las que motivan al hombre a
extraer la pulpa de este fruto, sin embargo en el texto “El cultivo de Tuna”
(Amaya, 2009) se menciona que en la cascara de este fruto brotan espinas
finas de aproximadamente 2 a 3 mm de longitud como mecanismo de
defensa, ver figura 1.
Estas espinas se incrustan en la piel muy fácilmente ocasionando lesiones y
molestias siendo difícil de retirarlas, Por tal motivo propone realizar el diseño
de una máquina peladora que extraiga la pulpa de este fruto para disminuir
riesgos de lesiones en los consumidores.

3
Anteriormente en una tesis desarrollada en México (Marcos, 2008) el
prototipo construido no realiza el pelado correctamente, aplastando y/o
deteriorando a la fruta en el proceso.
Para el diseño de la máquina peladora se empleará los métodos de diseño
existentes que tienen como objetivo seguir un orden apropiado en el proceso
de creación, aumentando así la creatividad y la eficacia en el tiempo.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.2.1 Problema general
¿Cuál sería el diseño de una máquina peladora para la extracción de
la pulpa de opuntia ficus-indica en la Región Junín?
1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1 Objetivo general
Diseñar una máquina peladora mediante el VDI 2222 para la
extracción de la pulpa de opuntia ficus-indica en la Región Junín.
1.3.1.1 Objetivo específico
Realizar los planos de dimensiones, ensamblaje y explosión
según la norma ISO 286 (1)-62.
Figura 1 Espinas de 2 a 3 mm de longitud
Fuente: Cultivo de la tuna-Gerencia Regional la Libertad

4
1.4 JUSTIFICACIÓN
La Región Junín tiene el clima apto para el crecimiento de la tuna, teniendo
este un mecanismo de defensa que son espinas finas de 2 a 3 mm de
longitud que se incrustan en la piel muy fácilmente siendo esta actividad
riesgosa, por tal motivo considero necesario realizar el diseño de un medio
de extracción de la pulpa de este fruto que evite las lesiones en los
consumidores y/o vendedores.
Razones que motivan la investigación
Se desarrolla el diseño de una máquina peladora para la extracción de la
pulpa de opuntia ficus-indica con el fin de disminuir riesgos de lesiones en
los consumidores por el mismo mecanismo de defensa que posee este fruto.
Importancia del tema de investigación
El diseño es importante porque permite contar con el diseño de una máquina
peladora que evitará lesiones e incomodidades en las personas que
manipulan el fruto de la opuntia ficus-indica ya sea para el comercio o el
mismo consumo.
1.5 LIMITACIONES DEL ESTUDIO
- Es importante conocer que la opuntia ficus-indica es el nombre científico de
la planta comúnmente llamada “Tuna” que por sus características
morfológicas esta debe tener: tallo, hojas, raíz y fruto con su respectiva
pulpa. Notando que en una parte del título de esta investigación se
menciona “(…) PARA LA EXTRACCIÓN DE LA PULPA DE OPUNTIA
FICUS-INDICA EN LA REGIÓN JUNÍN” entendiéndose que se extraería la
pulpa de la planta, sabiendo que de manera coherente se extrae la pulpa del
fruto, mas no de la planta. Por lo tanto quiero limitar este entendimiento a
que me refiero a extraer la pulpa del fruto de la planta Opuntia ficus-indica.
- Las espinas que posee la tuna es muy difícil de controlar por su ligero peso
y llegan a volar e impregnarse inclusive en la ropa, por tal motivo las tunas
antes del ingreso a la máquina peladora deben ser limpiadas previamente de
las espinas que posee para así mejorar el proceso de pelado, evitando el
posible contacto de la pulpa ya pelada con dichas espinas.

5
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
La tesis “Diseño de una máquina prototipo peladora de tunas a nivel planta
piloto y construcción de un prototipo del mecanismo de pelado de la misma”
realizado en la Universidad de Las Américas (Marcos, 2008) concluye que
para el desarrollo de este proyecto en un principio fue necesario conocer y
obtener la información necesaria sobre la materia prima con la cual se
trabajaría en este proyecto. En esta fase de antecedentes y caracterización
del fruto de la tuna se logró obtener primero la información necesaria sobre
su situación mundial y nacional para concluir que de acuerdo a la situación
privilegiada en que se cuenta en nuestro país para el cultivo y producción de
este fruto con respecto a todo el mundo, es necesario aprovechar estas
ventajas no solo en su producción natural sino más aún en su
procesamiento, pues de lograrlo los beneficios se verían reflejados en el
desarrollo y progreso de la industria agropecuaria y alimenticia del país y
como consecuencia de la sociedad.
La tesis “Máquina peladora de cebollas” realizado en la Universidad Pública
de Navarra (Sanz, 2015) expone que el funcionamiento de la máquina
comienza desde la introducción de cebollas en un elevador que las sube una

6
a una posicionándolas en el sentido correcto para su corte, realizándose dos
cortes eliminando en primer lugar la parte de la raíz como la parte del tallo,
posteriormente se gira noventa grados y se peina la superficie con unas
pequeñas cuchillas, con estos cortes se desprende la piel con mayor
facilidad.
La tesis “Diseño de una máquina plegadora de paneles corrugados para
intercambiar de calor en transformadores” realizado en la Pontificia
Universidad Católica del Perú (Vílchez, 2010) El empleo de los métodos de
diseño tiene como objeto principal ordenar el proceso creativo del diseñador,
así como optimizar tiempo y recursos hasta límites deseados. Para el
desarrollo de este proyecto se ha empleado “El método generalizado de
procedimiento en el proceso de diseño”; el cual tiene la cualidad de poder
ser manejado fácilmente por el diseñador con o sin experiencia, siendo las
metas que él se trace las que regularán el grado de abstracción y
concretización a aplicarse sobre la actividad en la cual el método deba
incurrir.

7
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 La Tuna
(Amaya, 2009) Es una planta de gran importancia en los sistemas agro-
industriales de los andes Peruanos. Esta cactácea se encuentra
ampliamente distribuida en el país, especialmente en los valles interandinos
donde ha encontrado condiciones adecuadas para su establecimiento.
Clasificación Científica.
Reino : Plantae
División : Magnoliophyta
Clase : Magnoliopsida
Orden : Caryophillales
Familia : Cactaceae
Subfamilia : Opuntioideae
Género : Opuntia
Especie : Ficus-indica
Habitat.
(Amaya, 2009) En las zonas áridas y semiáridas existen diferentes factores
ambientales que limitan el crecimiento de las plantas, tales como
temperaturas altas y bajas, escasez de agua y limitación en la disponibilidad
de nutrientes. La evolución de las cactáceas en estos ambientes ha
conducido a que las diferentes especies del género opuntia desarrollen
características morfológicas, fisiológicas que les permitan adaptarse a estas
condiciones ambientales adversas.
Figura 2 Imagen de Tunas de diferente color
Fuente: Cultivo de la tuna-Gerencia Regional La Libertad

8
Características Morfológicas.
Son solitarias, localizadas en la parte superior de la penca, de 6 a 7 cm de
longitud. Cada aérola produce por lo general una flor, aunque no en una
misma época de floración, unas pueden brotar el primer año, otras el
segundo y tercero. Las flores se abren a los 35 a 40 días de su brotación.
Sus pétalos son de colores vivos: amarillo, anaranjado, rojo, rosa. Sépalos
numerosos de color amarillo claro a rojizo o blanco.
El fruto.
Es una baya polisperma de forma ovoide esférica de color verde y toma
diferentes colores cuando maduran, son comestibles, agradables y dulces; la
pulpa es gelatinosa conteniendo numerosas semillas, sus dimensiones y
coloración varían según la especie.
Importancia Ecológica.
La Opuntia ficus-indica puede ser un recurso importante en la economía
rural y de las zonas áridas en general, por los altos rendimientos que se
pueden obtener en la fruta del Higo y demás usos en las vastas superficies
que no cuentan con una precipitación pluvial adecuada para la siembra de
especies más exigentes en agua y suelo, que la Opuntia ficus- indica. Esta
planta es muy eficaz para adaptarse y crecer donde confluyen mayor
número de factores limitantes que no son favorables para la mayoría de
especies vegetales.
Figura 3 Pulpa del fruto de la Opuntia ficus-indica
Fuente: Cultivo de la tuna-Gerencia Regional La Libertad

9
Pelado de la Tuna.
Es importante identificar las partes principales de la Opuntia ficus-indica
(Figura 4) para este procedimiento.
Seguidamente se presenta las partes de la opuntia ficus-indica:
Siendo:
L: Longitud
D: Diámetro mayor
d1: Diámetro del polo mayor
d2: Diámetro del polo menor
L1: Longitud entre polos
Figura 4 Opuntia Ficus-indica
Fuente: http://www.naturopatamasdeu.com/el-nopal-
y-la-linaza-beneficios-para-el-cuerpo/
Figura 5 Características de la tuna

10
Comúnmente las personas (ver figura 6) que basan sus actividades
económicas al trabajo con la opuntia ficus-indica realizan el pelado de la
siguiente manera:
Se inicia cortando transversalmente a la fruta en los polos mayor y menor
como se indica en las figuras 7 y 8, posteriormente se continua con un tercer
corte de forma longitudinal (figura 9) con una profundidad tal que alcance
como mínimo el diámetro del polo menor, seguidamente se pasa al
desprendimiento de la cáscara (figura 10).
Figura 6 Vendedora de Tunas
Fuente: Elaboración propia
Figura 7 Corte polo mayor
Fuente : Elaboración propia
Figura 8 Corte polo menor
Fuente: Tesis profesional presentada por
Nieves

11
Figura 12 Longitud
Características de la tuna
Se tomaron datos de 40 tunas recolectadas del campo (figura 11) y de
vendedores para realizar medidas de: longitud (figura 12), diámetro mayor
(figura 13), diámetro polo mayor (figura 14), diámetro polo menor (figura 15),
longitud entre polos y peso (figura 16).
Figura 9 Corte longitudinal
Figura 10 Desprendimiento de la cáscara
Figura 11 Recolección de tunas
Figura 13 Diámetro mayor

12
Figura 14 Polo mayor
Resultados
Tabla 1 Características de la tuna
No.
Longitud Diámetro
mayor
(mm)
Diámetro
polo
mayor
(mm)
Diámetro
polo
menor
(mm)
Longitud
entre
polos
(mm)
Peso
(kg)
(mm)
1 78,75 48,65 41.65 37,00 61,20 0,220
2 70,00 42,75 35.2 34,65 56,90 0,142
3 73,10 52,10 43.50 44,90 56,50 0,274
4 63,40 44,00 40.70 34,75 49,00 0,270
5 74,35 47,45 43,00 40,25 55,55 0,217
6 73,00 47,55 40,35 38,8 49,85 0,226
7 62,45 48,10 43,35 41,8 41,00 0,178
8 62,70 38,40 35,00 34,00 42,15 0,198
9 76,50 50,50 46,65 38,25 60,75 0,154
10 66,50 47,75 41,00 37,00 47,50 0,213
11 66,00 47,50 40,10 36,80 46,00 0,229
Figura 15 Polo menor
Figura 16 Peso
Fuente: Tesis profesional presentada por Nieves

13
No.
Longitud Diámetro
mayor
(mm)
Diámetro
polo
mayor
(mm)
Diámetro
polo
menor
(mm)
Longitud
entre
polos
Peso
(mm) (mm) (kg)
12 62,30 47,90 43,00 41,45 40,80 0,184
13 73,10 52,10 43,50 44,90 56,50 0,193
14 74,30 47,80 43,40 41,00 56,00 0,210
15 69,90 42,60 36,00 34,60 56,90 0,198
16 75,56 49,90 46,45 38,10 60,45 0,200
17 69,90 42,60 35,85 34,40 56,65 0,198
18 62,30 47,80 43,20 41,40 40,60 0,184
19 72,15 51,65 42,95 42,45 54,90 0,265
20 62,30 47,90 43,00 41,45 40,80 0,207
21 73,00 47,55 40,35 38,80 49,85 0,209
22 76,50 50,50 46,65 38,25 60,75 0,220
23 62,35 47,90 43,20 41,65 41,00 0,243
24 73,10 52,10 43,50 44,90 56,50 0,253
25 66,10 47,55 40,00 36,75 46,10 0,189
26 73,10 47,80 43,50 41,45 40,80 0,223
27 76,50 50,50 46,65 38,25 60,75 0,225
28 69,90 42,60 35,85 34,40 56,65 0,210
29 74,30 47,80 43,40 41,00 56,00 0,214
30 62,00 47,10 42,85 40,90 40,20 0,187
31 76,30 50,30 46,30 38,10 60,40 0,198
32 65,15 47,00 39,75 36,15 45,25 0,195
33 77,00 50,95 46,95 38,95 61,25 0,226
34 78,75 48,65 41,65 37,00 61,75 0,230
35 62,00 47,10 42,85 40,90 40,20 0,189
36 69,90 42,60 35,85 34,40 56,65 0,210
37 72,35 51,85 42,55 42,10 43,30 0,224
38 62,00 47,10 42,85 40,90 40,20 0,197
39 73,10 47,80 43,50 41,45 40,80 0,225
40 63,40 44,00 40,70 34,75 49,00 0,188

14
Figura 17 Corte de prueba polo mayor
Nieves
Análisis de Resultados
Realizando un promedio de los datos de la tabla 1 para cada característica
se obtiene:
Tabla 2 Análisis de Resultados
No.
Longitud Diámetro
mayor
(mm)
Diámetro
polo
mayor
(mm)
Diámetro
polo
menor
(mm)
Longitud
entre
polos
(mm)
Peso
(kg)
(mm)
1 69.88 47.59 41.92 38.975 50.415 0.210
2 70,00 50,00 40,00 40,00 50,00 0.210
Los valores que se muestran en la fila 2 son redondeos realizados
convenientemente a un número múltiplo de 10 para facilitar los posteriores
cálculos de diseño.
Medición de las fuerzas de corte
Según (Marcos, 2008) el objetivo es obtener las fuerzas de corte necesarias
para cortar la tuna en su polo mayor, polo menor, corte longitudinal y
espesor de la cáscara.
Para la prueba se colocó una tuna sobre la base de la prensa y se procedió
a aplicar carga, para que la placa afilada realizara los cortes (figura 17, 18 y
19).
Figura 18 Corte de prueba polo menor
Nieves

15
Figura 19 Corte de prueba longitudinal
Resultados
En la figura 21 se muestra los resultados obtenidos con las fuerzas de corte
en kg
Muestra
Polo mayor
Polo
menor
Longitudinal
Espesor
cáscara
(kg)
(kg)
(kg)
(mm)

1 5,00 4,50 6,00 6,00
2 4,00 7,00 11,00 9,00
3 4,00 3,00 6,00 5,90
4 3,00 2,50 5,50 5,80
5 2,00 3,00 6,00 4,30
6 2,00 5,00 5,00 6,20
7 4,00 3,50 2,50 6,70
8 3,00 4,00 7,00 6,10
9 2,50 2,50 2,50 6,80
10 5,00 2,50 6,00 5,70
11 2,50 2,00 3,00 6,70
12 2,00 4,50 4,50 6,10
13 3,00 2,50 3,50 6,70
14 5,00 3,00 5,00 6,10
15 4,00 3,00 5,00 5,80
Figura 20 Medición del espesor de la
cáscara
Nieves
Figura 21 Resultados de las pruebas de fuerza de corte

16
Análisis de Resultados
Realizando un promedio de los datos de la figura 21 se obtiene los
siguientes valores:
Tabla 3 Promedio de los Resultados de las pruebas de Corte
Polo
mayor
kg
Polo
menor
kg
Longitudinal
Espesor
de la
cáscara
(mm)
kg
Promedio 3,40 3,50 5,23 6,26
2.2.2 Máquina Peladora
Diseño de Ingeniería.
(Shigley, 2008) “Diseñar es formular un plan para satisfacer una
necesidad específica o resolver un problema. Si el plan resulta en la
creación de algo físicamente real, entonces el producto debe ser
funcional, seguro, confiable, competitivo, útil, que pueda fabricarse y
comercializarse”.
Fases e Interacciones en el Procesos de Diseño.
(W.Beitz, 2007) El proceso completo, de principio a fin, que a
menudo se bosqueja, comienza con la identificación de una
necesidad y la decisión de hacer algo al respecto. Después de
muchas iteraciones, termina con la presentación de los planes para
satisfacer la necesidad. De acuerdo con la naturaleza de la tarea de
diseño, algunas fases de éste pueden repetirse durante la vida del
producto, desde la concepción hasta la terminación.
Diagrama de Cuerpo Libre.
(Shigley, 2008) Si se supone que el sistema que se va a estudiar no
tiene movimiento o, cuando mucho, tiene velocidad constante,
entonces el sistema tiene aceleración cero. Bajo esta condición se
dice que el sistema está en equilibrio. La frase equilibrio estático

17
también se usa para implicar que el sistema está en reposo. En caso
de equilibrio, las fuerzas y los momentos que actúan sobre el
sistema se balancean de tal manera que:
𝐹 = 0
𝑀 = 0
Fuerza Cortante y momentos flexionantes en vigas.
(Shigley, 2008) En la figura 22-a se muestra una viga que se apoya
en las reacciones R1 y R2 cargada con las fuerzas concentradas F1,
F2 y F3. Si la viga se corta en alguna sección localizada en x = x1 y
se quita la parte izquierda como en un diagrama de cuerpo libre,
deben actuar una fuerza cortante interna V y un momento
flexionante M sobre la superficie cortada para asegurar el equilibrio
(ver figura 22).
La fuerza cortante se obtiene sumando las fuerzas a la izquierda de
la sección cortada. El momento flexionante es la suma de los
momentos de las fuerzas a la izquierda de la sección tomada
respecto de un eje a través de la sección aislada.
Figura 23 Convenciones de signos de la flexión y el cortante.
Fuente: Shigley-Diseño en Ingeniería Mecánica
Figura 22 DCL de una viga simplemente apoyada que muestra a V y M
en direcciones positivas.

18
En la figura 23 se muestran las convenciones de signo usadas para
el momento flexionante y la fuerza cortante en este libro. La fuerza
cortante y el momento flexionante se relacionan mediante la
ecuación:
𝑉 =
𝑑𝑀
𝑑𝑥
Esfuerzo normales para vigas en flexión.
En la figura 24 se representa una porción de una viga recta sometida
al momento flexionante positivo M mostrado por la flecha curva que
representa la acción física del momento junto con una flecha recta
que indica el vector momento.
En la figura 25 se muestra la distribución de esfuerzo dada por la
ecuación:
𝜎! = −
𝑀𝑦
𝐼
Figura 24 Viga recta en flexión positiva.
Figura 25 Esfuerzos en flexión
Fuente: Shigley-Diseño en Ingeniería
Mecánica

19
𝐼 = 𝑦!
𝑑𝐴
La magnitud máxima del esfuerzo en flexión ocurrirá donde y tiene la
magnitud más grande. Si se designa σ máx como la magnitud
máxima del esfuerzo en flexión y c como la magnitud máxima de y.
𝜎!á! =
𝑀𝑐
𝐼
Factor de Diseño y Factor de Seguridad.
Donde 𝑛! se conoce como factor de diseño:
𝑛! =
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛
𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
=
𝑆
𝜎(𝑜 𝜏)
Transmisión por poleas.
El número de revoluciones (o vueltas) de cada eje vendrá dado por
el tamaño de las poleas, de modo que, la polea mayor girará a una
velocidad más baja que la polea menor.
Basándonos en esta idea, podemos encontrar dos casos básicos:
1. La polea de salida (conducida) gira a menor velocidad que la
polea de entrada (motriz). Este es un sistema de poleas reductor
de velocidad.
2. La polea de salida gira a mayor velocidad que la polea de entrada.
Este es un sistema de poleas multiplicador de velocidad.
Figura 26 Transmisión de movimiento mediante poleas

20
Movimiento de leva.
Mecanismo que permite transformar un movimiento rotatorio en
lineal alternativo.
Se basa en un elemento de contorno no circular que gira sobre un
punto, al girar el perfil de este elemento provoca la subida o la
bajada de un seguidor de leva o un palpador.
El Cigüeñal
Es un árbol de transmisión que junto con las bielas transforma el
movimiento alternativo en circular, o viceversa. En realidad consiste
en un conjunto de manivelas.
Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos
que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une
una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón.
Figura 27 Movimiento de leva
Figura 28 Cigüeñal

21
Tipos de Giro
Si analizamos la mayoría de las máquinas que el ser humano ha
construido a lo largo de la historia podremos ver que todas tienen en
común el hecho de que transforman un determinado tipo
de energía en energía de tipo mecánico que aparece en forma de
movimiento giratorio en un eje.
Materiales Permitidos
Reglamento (Ce) No 1935/2004 Del Parlamento Europeo Y Del
Consejo, De 27 De Octubre De 2004,
Todos los aparatos, utensilios, envolventes, que vayan a estar
en contacto con los alimentos, deben estar fabricados con
materiales adecuados y permitidos , de manera que no
modifiquen el alimento, ni le cedan sustancias indeseables que
supongan un riesgo para la salud.
La lista de grupos de materiales y objetos para los que pueden
establecerse medidas específicas, se recoge en el Anexo I del
Reglamento 1935/2004:
Figura 29 Tipos de giro

22
• Materiales u objetos activos e inteligentes, que son los que
controlan el estado de los alimentos envasados o el
entorno de estos.
• Metales y aleaciones, como el acero inoxidable, sólo o
recubierto de cromo, estaño o zinc. Por ejemplo para
fabricación de baterías de cocina, cuberterías, etc. y la
hojalata para botes de conservas,
• Vidrio, cerámica (porcelana, loza, alfarería, azulejos,
mármol, granito) : R:D. 891/2006, por el que se aprueban
las normas técnico–sanitarias aplicables a los objetos de
cerámica para uso alimentario. Es importante la
determinación de la exudación y la migración de plomo,
cadmio y otros metales pesados en recipientes cerámicos
que entren en contacto con alimentos.
• Compuestos celulósicos de papel y cartón.
• Plásticos.
• Maderas, corchos, cauchos, productos textiles, tejidos de
fibras vegetales y hojas (por ejemplo para quesos) y
cueros (para botas de vino, etc).
• Otros: Adhesivos, Resinas de intercambio iónico, Barnices
y revestimientos, ceras, siliconas
Cada producto es apto para un tipo de alimento determinado.
Así, para el recubrimiento de cuchillos o cucharas se puede
utilizar el cromo, pero no para ollas. La madera es un material
conflictivo, puesto que no es aconsejable para los “tajos de
cocina” ni para mesas de trabajo ya que se limpia muy mal al
quedarse incrustada la suciedad, pero sí puede usarse para los
“rodillos de amasar” o para fabricar algunos envases
tradicionales artesanales ( barriles).

23
2.3 BASES CONCEPTUALES
2.3.1 Definición Conceptual
VI: Máquina peladora.
Es un sistema que se compone de mecanismos que sirven para
realizar extracción de la pulpa de opuntia ficus-indica, evitando
riesgos de lesión en las personas que consumen el mencionado
fruto.
VD: Extracción de la pulpa de opuntia ficus-indica.
Proceso de obtención de la pulpa de opuntia ficus-indica en
condiciones favorables de consumo.
2.3.2 Definición Operacional
VI: Máquina peladora.
Se utilizará la metodología de Diseño VDI 2222 mediante el cual se
diseñará el concepto óptimo de la máquina.
VD: Extracción de la pulpa de opuntia ficus-indica.
La extracción de la pulpa se realizará tomando en cuenta que los
sistemas de la máquina realicen adecuadamente la función de
pelado de tal manera que el producto sea favorable para el
consumo.
2.4 HIPÓTESIS
Si diseñamos la máquina peladora mediante la metodología VDI 2222
entonces obtendremos un diseño adecuado para la extracción de la pulpa de
opuntia ficus-indica en la Región Junín.

24
2.5 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Tabla 4 Operacionalización de la variable dependiente
Tabla 5 Operacionalización de la variable independiente
Variable Dependiente: Extracción de la pulpa de opuntia ficus-indica
Definición conceptual Dimensión Indicador
Proceso de obtención de
la pulpa de opuntia ficus-
indica en condiciones
favorables de consumo.
Pulpa de
opuntia ficus-
índica
Calidad de la pulpa
Variable Independiente: Máquina Peladora
Definición conceptual Dimensión Indicador
Es un sistema que se
compone de mecanismos
que sirven para realizar
extracción de la pulpa de
opuntia, evitando riesgos
de lesión en las personas
que consumen el
mencionado fruto.
Sistema de
alimentación
Cantidad de opuntia ficus-
indica
Sistema
energético
Funcionamiento de la
máquina.
Sistema de
corte
Número de cortes.
Sistema de
extracción
Correcta extracción.
Fuente: elaboración propia.

25
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE DISEÑO
3.1 MÉTODO DE DISEÑO
(Barriga, 2009) “El Método Generalizado de procedimiento en el proceso de
Diseño” Éste método optimiza en cada una de sus fases obligando al
diseñador buscar criterios de evaluación que le conduzcan a dicha
optimización; el diseñador recibe y entrega las mejores soluciones,
incrementando así su rendimiento.
Se presentan cuatro actividades básicas durante el proceso de diseño
planteado por ésta metodología:
1. Comprensión de la solicitud.
2. Concepto de la solución.
3. Elaboración del proyecto.
4. Elaboración de detalles.

26
3.2 TIPO DE DISEÑO
Se emplea el diseño de modelación. Este diseño se realiza virtualmente por
medio de un software de diseño especializado donde se elabora las piezas
de la máquina y todos los detalles y consideraciones que estas deben de
tener, mediante esta modelación se realiza una evaluación que mejora al
concepto óptimo de la máquina reduciendo de esta manera costos.
3.3 NIVEL DE DISEÑO
El diseño consiste en obtener los planos de fabricación y ensamblaje usando
tecnologías de aplicación inmediata colocando la producción del diseño al
servicio del desarrollo integral de la nación.
3.4 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
La Lista de Exigencias se utiliza por su importancia para elaborar claramente
los objetivos y las circunstancias en las que se tiene que cumplir los
requisitos identificados posteriormente como demandas o deseos.
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
3.5.1 Técnicas de recolección de datos
Se utiliza la estructura de funciones que relaciona con una secuencia
de operaciones la salida y la entrada de una máquina ayudando en la
visualización y observación de posibles soluciones para la forma de
pelado, obteniéndose así distintas maneras.
3.5.2 Instrumentos de recolección de datos
La matriz morfológica, mediante esta técnica se realiza la
combinación de las funciones y soluciones respectivas del proceso de
pelado, como menciona (W.Beitz, 2007, p. 184) para realizar la
funciones principal es necesario combinar lógicamente y físicamente

27
de manera posible y útil los principios de trabajo que se determinan en
las subfunciones de la estructura de funciones, por lo tanto según
VDI 2222 se extraerá 3 soluciones de la matriz morfológica para el
diseño de la máquina peladora.
3.6 PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS
La evaluación técnico-económico según VDI 2225 evalúa distintos aspectos
que son desde la Lista de Exigencias, Eficiencia, seguridad, costo de
tecnología, etc. la cual nos ayudará a obtener el diseño óptimo de la
máquina peladora.

28
CAPÍTULO IV
MÁQUINA PELADORA PARA LA EXTRACCIÓN DE LA PULPA DE OPUNTIA
FICUS-INDICA
El objetivo del presente trabajo es diseñar una máquina peladora para la cual
existe muchos métodos de diseño pero en el presente trabajo se utilizará “El
Método Generalizado de procedimiento en el proceso de Diseño” (Barriga, 2009)
que está basado en el VDI 2222.
4.1 COMPRENSIÓN DE LA SOLUCIÓN
El método de diseño seleccionado propone basarnos en una lista de
exigencias para la cual será necesario recopilar el estado de la tecnología
actual.

29
4.1.1 Estado de la Tecnología
El estado de la tecnología es la recopilación de la tecnología que se
ha desarrollado para trabajos iguales o similares, esto ayuda a
aumentar la imaginación del diseñador.
Máquina Peladora de Naranjas
Esta máquina automatizada atraviesa de polo norte a polo sur la
naranja para luego hacerla girar a cierta revolución en ese momento
una cuchilla recorre verticalmente la naranja pelándola, pasando
esta luego a una guillotina que realiza un corte horizontal, eliminando
en este proceso los polos norte y sur que no fueron pelados por la
cuchilla.
Maquina Peladora De Kiwi Y Naranja
En esta máquina el eje donde va incrustado la fruta comienza a
girar, aprovechando el giro el mecanismo de corte se manipula
Figura 30 Máquina Peladora de Naranjas
Figura 31 Máquina peladora de Kiwi

30
manualmente pasando por el borde de la fruta y pelándola de esta
forma.
Máquina peladora de Manzana
Las manzanas son incrustadas por el centro a unos ejes rotativos y
por medio de una cuchilla q recorre la trayectoria del borde de la
fruta llega a pelarse la cáscara, posteriormente se extrae las semillas
del interior de la pulpa con unos tubos q la atraviesan por el medio.
Máquina Peladora Múltiple
Las naranjas se presionan y se les hace girar, interviniendo luego
una cuchilla que comienza a deslizarse longitudinalmente a lo largo
de la naranja y en pelándola de esta forma, debido al diseño y con
una fuente de energía eléctrica la máquina pela 4 naranjas en un
cierto tiempo simultáneamente.
Figura 32 Máquina peladora de manzanas
Figura 33 Máquina peladora múltiple

31
Máquina Peladora Manual de Manzana
Se realiza un giro a la manivela y el giro se transmite a la manzana,
siendo el mismo movimiento circular que se le ejerce a la manivela el
que se transmite al elemento de corte, que realizará una trayectoria
por el borde de la manzana pelándola a su paso.
Peladora Manual de Manzana
La manzana se incrusta y se hace girar manualmente al tornillo y
este comienza a avanzar acercándose al elemento de corte y con un
avance continuo se termina de pelar.
Figura 34 Máquina peladora manual
Figura 35 Peladora manual de manzana

32
Guillotina de Piñas y Máquina para extraer la pulpa.
La guillotina tiene dos elementos de corte separados por cierta
longitud, la piña se coloca en la base y es inmovilizada por las dos
cuñas que presenta en la base, cortándose manualmente y
quitándose sus extremos.
La piña pasa a una segunda máquina para que esta extraiga la
cáscara restante realizando cortes laterales y con un tubo envuelve
a la pulpa retirándolo de la cáscara.
Figura 36 Guillotina de piñas
Figura 37 Máquina para extraer la pulpa

33
Máquina Picadora de Papa
En la máquina se coloca la papa entre el elemento de corte que
tiene forma cuadrada y al deslizar manualmente hacia abajo esta
pica la papa en rectángulos listos para el consumo.
4.1.2 Lista de Exigencias
Tabla 6 Lista de Exigencias
LISTA DE EXIGENCIAS
Pág. 1 de 2
Edición: Rev. 1
PROYECTO: Diseño de máquina peladora para la
extracción de la pulpa de opuntia
Ficus-Indica en la región Junín.
Fecha: 21/03/16
Revisado:
B.L
CLIENTE: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL
CENTRO DEL PERÚ
Elaborado:
R.J.G.R.
Prioridad
Deseo o
Exigencia
Descripción Responsable
1 E FUNCIÓN PRINCIPAL: Extraer la
pulpa de la opuntia ficus-indica y
evitar lesiones de los consumidores
en el proceso de pelado.
R.J.G.R.
2 E GEOMETRÍA: La máquina será
compacta de fácil manejo.
R.J.G.R.
3 E FUERZA: La máquina tendrá la
fuerza necesaria para poder pelar
los frutos eficientemente y
conservarlos en buen estado.
R.J.G.R.
Figura 38 Máquina picadora de papa

34
LISTA DE EXIGENCIAS
Pág. 2 de 2
Edición: Rev. 1
PROYECTO: Diseño de máquina peladora para la
extracción de la pulpa de opuntia
Ficus-Indica en la región Junín.
Fecha: 21/03/16
Revisado:
B.L
CLIENTE: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL
CENTRO DEL PERÚ
Elaborado:
R.J.G.R.
Prioridad
Deseo o
Exigencia
Descripción Responsable
4 E ENERGÍA: Se operará la máquina
de forma manual.
R.J.G.R.
5 E SEGURIDAD: Se aislará los
elementos de corte del operario.
R.J.G.R.
6 E ERGONOMÍA: El uso de la máquina
será muy fácil de comprender y
realizar.
R.J.G.R.
7 E FABRICACIÓN: La máquina será
diseñada para construirla con
tecnología apropiada y con
materiales de fácil adquisición en el
mercado local.
R.J.G.R.
8 E MATERIA: La composición de los
materiales serán avaluados según
el Reglamento No. 1935/2004 del
Parlamento Europeo y del Concejo
por su importancia en la relación de
materiales en contacto con
alimentos.
R.J.G.R.
9 E MONTAJE: La máquina podrá ser
fabricada para su fácil montaje y
desmontaje en cualquier lugar.
R.J.G.R.
10 D TRANSPORTE: El peso de la
máquina será mínima de tal modo
que sea fácil de trasladar.
R.J.G.R.
11 D USO: La forma de las piezas
construidas serán sencillas.
R.J.G.R.
12 E MANTENIMIENTO: El diseño será
adecuado para su fácil inspección y
reparación de sus piezas.
R.J.G.R.
13 E COSTOS: Será una alternativa
factible por su costo moderado.
R.J.G.R.
14 D RECICLAJE: Cumplido la vida útil
de la máquina sus piezas podrán
ser recicladas.
R.J.G.R.
15 E PLAZO DE ENTREGA: 23/04/16

35
4.2 CONCEPTO DE LA SOLUCION
La elaboración del concepto es el siguiente paso en nuestro trabajo de
diseño, ahora buscaremos los principios de solución apropiados para cada
una de las funciones y posibles combinación que nos llevarán a un concepto
óptimo.
4.2.1 Abstracción: Caja Negra
La caja negra “Black-box” representa una función donde solo se
tiene tres magnitudes básicas de entrada y salida: materia, energía y
señales.
4.2.2 Estructura de Funciones
Es necesario explorar todas las funciones que la máquina debe
cumplir para elaborar la estructura de funciones.
Máquina Peladora
Opuntia
ficus-indica
Pulpa de
Opuntia
ficus- indica
Energía
Mecánica
Movimiento
alternativo
Figura 39 Caja Negra

37
4.2.3 Concepto para la obtención de la Solución
El objetivo es la búsqueda de las soluciones, y existe muchas
maneras, en este punto haremos uso exclusivo de la estructura de
funciones junto a la lista de exigencias que será de mucha utilidad
para poder organizar y detallar las funciones y sub-funciones. Se
sabe que cada sub-función encontrada requiere un principio de
trabajo o portador de función y que se debe reflejar el efecto físico
necesario para el cumplimiento de cada una de las funciones, estos
portadores de funciones deben ser combinados de manera lógica
en una estructura de trabajo para generar una solución global al
problema, con la ayuda de un esquema ordenado denominado “La
Matriz morfológica”, para el caso de la del diseño de máquina
peladora para la extracción de la pulpa de Opuntia ficus-indica se
determinó estas funciones:
a) Sistema de alimentación.
b) Sistema de transmisión.
c) Sistema de corte.
d) Sistema de extracción.

38
4.2.3.1 Matriz Morfológica
Tabla 7 Matriz Morfológica
MATRIZ MORFOLÓGICA
Pág. 1 de 1
Edición: Rev.
1
PROYECTO
Diseño de máquina peladora para la
extracción de la pulpa de opuntia de opuntia
ficus-indica en la Región Junín
Fecha:
23/03/16
Revisado:
B.L.
CLIENTE
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO
DEL PERÚ
Elaborado:
R.G.
FUNCIONES ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2 ALTERNATIVA 3
Sistema de
alimentación
Tolva Manual
Sistema de
transmisión
Biela-manivela Poleas Cigüeñal
Sistema de
corte 1
Guillotina Cuchilla Navaja
Sistema de
corte 2
Navaja Guillotina Cuchilla
Sistema de
extracción
Tenazas Manual
Solución S1 Solución S2 Solución S3

39
4.2.3.2 Disposición Básica
(Barriga, 2009) Los elementos de la estructura de
construcción aparecen en este nivel solamente en
relaciones funcionales, pues no se necesita cuantificar nada.
La representación de la concepción debe transmitir una idea
aproximada de la disposición, y más que todo una relación
entre los elementos.
SOLUCIÓN (S1) .-
La primera alternativa S1 consta de un sujetador donde se
coloca el fruto y se presiona, luego se sujeta el mango que
sobre sale de la máquina y se realiza un movimiento lineal
hacía adelante, este arrastrará al sujetador haciendo que el
fruto ingrese a una cámara donde se realizará cada
respectivo corte.
Figura 41 Alternativa de solución S1

40
SOLUCIÓN (S2).-
La segunda alternativa S2 permite ingresar el fruto a través
de una tolva que direccionará la caída hacia una faja, está
es accionada por una manivela que esta al exterior que al
transmitirle un giro en levógiro transmite movimiento a una
polea en específico este a las demás consiguiendo q la tuna
sea llevada hacia delante donde se encuentra los sistemas
de corte y extracción.

41
SOLUCIÓN (S3).-
La tercera alternativa S3 consta de un cigüeñal al que se le
girará en sentido levógiro para permitirle al fruto tener un
primer movimiento de descenso llegando al primer sistema
de corte, luego pasa a un segundo movimiento lineal y hacia
delante, pasando por el segundo sistema de corte y
extracción, debido a que el cigüeñal provoca un movimiento
alternativo a los contenedores, se puede ingresar a cada
momento un nuevo fruto al terminar un giro.

42
4.2.3.3. Evaluación del concepto de solución.
Es necesario definir un conjunto de objetivos que permitirán
un tener un criterio de evaluación.
Tabla 8 Criterios Técnicos y Económicos
No. Criterios Técnicos y Económicos
Soluciones
S1 S2 S3
S
ideal
1 Eficiencia 2 2 3 4
2 Seguridad 2 3 4 4
3 Rapidez 3 3 4 4
4 Estabilidad 4 4 4 4
5 Manipulación 3 4 4 4
6 Confiabilidad 2 3 4 4
7 Facilidad de manejo 3 3 3 4
8 Transportabilidad 3 4 4 4
9 Calidad de trabajo 2 2 3 4
10 Complejidad 4 3 4 4
11 Lista de exigencias 4 4 4 4
12 Fácil adquisición de los materiales 4 4 4 4
13 Productividad 2 3 4 4
14 Costos diversos 3 3 3 4
15 Pocos desperdicios 3 3 4 4
16 Facilidad de montaje 4 4 4 4
17 Facilidad de mantenimiento 3 3 4 4
18 Costo de operación 3 3 3 4
Total 54 58 67 72
Evaluación (%) 0.75 0.8 0.93 1

43
Tabla 9 Evaluación Económica del Concepto de Solución
DISEÑO MECÁNICO-EVALUACIÓN DE PROYECTOS
Valor Económico (yi)
Proyecto: Máquina Peladora para la extracción de la pulpa de Opuntia ficus-
indica
p: Puntaje de 0 a 4 0= No satisface 2= Suficiente
g: Peso ponderado en función de los
criterios de evaluación
1= Aceptable a las
justas
3= Bien
4= Muy bien (ideal)
Criterios de evaluación para diseños en fase de conceptos o proyectos
Variantes de Concepto
Solución
S1
Solución
S2
Solución
S3
Solución
ideal
No Criterios de evaluación g p g*p p g*p p g*p p g*p
1 Costo de Material 4 3 12 2 8 4 16 4 16
2 Costo de Fabricación 4 3 12 3 12 4 16 4 16
3 Costo de Mantenimiento 4 4 16 3 12 3 12 4 16
4 Costo de Mano de Obra 4 3 12 3 12 3 12 4 16
Puntaje Máximo 16 13 52 11 44 14 56 16 64
Valor Económico yi 0.81 0.69 0.88

44
Tabla 10 Evaluación Técnica del Concepto de Solución
DISEÑO MECÁNICO-EVALUACIÓN DE PROYECTOS
Valor Técnico xi
Proyecto: Máquina Peladora para la extracción de la pulpa de Opuntia ficus-
indica
p: Puntaje de 0 a 4 0= No satisface 2= Suficiente
g: Peso ponderado en función de los
criterios de evaluación
1= Aceptable a las
justas
3= Bien
4= Muy bien (ideal)
Criterios de evaluación para diseños en fase de conceptos o proyectos
Variantes de Concepto
Solución
S1
Solución
S2
Solución
S3
Solución
ideal
No Criterios de evaluación g p g*p p g*p p g*p p g*p
1 Función 4 2 8 2 8 4 16 4 16
2 Forma 4 3 12 3 12 3 12 4 16
3 Diseño 4 3 12 3 12 4 16 4 16
4 Seguridad 4 2 8 3 12 4 16 4 16
5 Ergonomía 4 3 12 3 12 4 16 4 16
6 Fabricación 4 3 12 3 12 3 12 4 16
7 Control de calidad 4 3 12 3 12 4 16 4 16
8 Montaje 4 4 16 3 12 3 12 4 16
9 Transporte 4 4 16 3 12 4 16 4 16
10 Uso 4 3 12 3 12 4 16 4 16
11 Mantenimiento 4 3 12 3 12 3 12 4 16
Puntaje Máximo 44 33 132 32 128 40 160 44 176
Valor Técnico xi 0.75 0.73 0.91

45
Los resultados de la evaluación Técnico y Económico se
muestran en la figura:
La representación gráfica de la evaluación Económica –
Técnica indica que la alternativa de solución S3 será el
concepto de solución óptimo.
Figura 44 Resultado de la evaluación Técnico - Económico

46
4.3 ELABORACIÓN DEL PROYECTO
En esta fase del diseño se trata de llegar a un proyecto definitivo partiendo
del concepto de solución óptimo llegado al final de la fase anterior.
Esta fase consta de dos etapas:
a) Proyecto preliminar
b) Proyecto definitivo
Al proyectar se debe seguir tres reglas básicas para obtener resultados
adecuados:
• Claridad
• Simpleza
• Seguridad
4.3.1 Proyecto Preliminar
La imagen siguiente es una visualización general del enfoque que
tiene la máquina es decir extraer la pulpa de la opuntia ficus-indica.
Figura 45 Principio tecnológico
Sistema de
Corte 1
Sistema de corte 2
y extracción
1
1
2
2

47
La siguiente figura es el concepto de solución presentado
anteriormente.
Figura 46 Concepto de solución óptimo
Figura 47 Proyecto preliminar óptimo

48
4.3.2 Proyecto Definitivo
Se presenta una descripción completa de la estructura del proyecto.
Figura 48 Proyecto definitivo

49
4.4 ELABORACIÓN DE DETALLES
La última fase en el proceso de diseño presentado por (Barriga, 2009) es la
elaboración de los detalles a partir de la aceptación del concepto de
solución, en esta fase se complementó y elaboró la documentación
necesaria.
4.4.1 Sistema de alimentación y transmisión
Como se consta en la matriz morfológica la alimentación de la
máquina será un proceso manual, por lo tanto en esta sección
pasaremos a realizar las dimensiones del "transportador 1”
Transportador 1
Es el componente de la máquina donde se depositará el fruto y lo
trasladará hacia el primer sistema de corte, por lo tanto debe de
tener las dimensiones necesarias para contenerlas.
Partiendo de las características de la tuna (ver tabla 2)
Figura 49 Transportador 1

50
𝐷 = 50 𝑚𝑚
𝑑1 = 40 𝑚𝑚
𝑑2 = 40 𝑚𝑚
𝐿1 = 50 𝑚𝑚
El “transportador 1” consta de dos sujetadores (figura 51) las
dimensiones en la entrada deben ser mas grandes debido a que por
esta parte pasa el diámetro mayor de la tuna, a diferencia del
segundo sujetador que es donde se posicionará el polo mayor o
menor de la tuna.
Figura 50 Características de la tuna
Figura 51 Sujetadores del transportador 1
Sujetador 1
Sujetador 2

51
Entonces el segundo sujetador debe de tener por lo menos las
dimensiones iguales a las del polo menor del fruto (promedio
calculado en la tabla 2) porque de ser iguales al del primer sujetador
existe la posibilidad de que el material (tuna) se salga por el lado
posterior o que no se posicione correctamente
Espacio entre los sujetadores
Este espacio es el mismo que la longitud entre polos que como se
observó en el proceso de pelado los cortes transversales se realizan
en estas partes y lo que queda contiene la parte consumible del
fruto.
𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑠𝑢𝑗𝑒𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 50 𝑚𝑚
𝑆𝑢𝑗𝑒𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 1 = 50 𝑚𝑚
𝑠𝑢𝑗𝑒𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 2 = 40 𝑚𝑚
Figura 53 Espacio entre los sujetadores
Figura 52 Transportador 1 y tuna

52
Expulsión del material de desecho
Los sujetadores tienen un plano inclinado como se observa en la
figura 54, y es debido a que luego de los cortes transversales se
necesitará expulsar el material de desecho por los costados.
Punto de apoyo para la carrera
El “transportador 1” tiene un punto de sujeción con la biela para
poder ser trasladado y tener un movimiento alternativo.
Figura 54 Planos inclinados para la expulsión del material de
desecho
Figura 55 Punto de sujeción con la biela

53
Cigüeñal y Biela
La principal función del cigüeñal es transmitir el movimiento giratorio
que se le suministra manualmente a los transportadores 1 y 2 para
que ambos tengan un movimiento alternativo.
Características
Punto superior: es el punto más alto al que llega el extremo de la
biela que se encuentra sujeta a una trayectoria rectilínea.
Mediante un análisis dinámico se determinó la posición que tiene la
biela y la manivela en el preciso momento en el que la primera llega
al punto superior y se demuestra de la siguiente manera:
Figura 57 Biela-Análisis dinámico
𝑣
Punto
Superior
𝑣1 = 0 𝑚/𝑠
𝑣2
Figura 56 Cigüeñal y biela

54
La velocidad 𝑣1 = 0 𝑚/𝑠 en el punto superior, dado que a partir de
ese momento comienza el descenso, por lo tanto es ese punto el
centro instantáneo de velocidad cero, ya que según (Hibbeler, 2010)
el centro instantáneo de velocidad de una rueda en movimiento es el
punto donde la rueda choca al piso ya que tiene velocidad igual a 0
m/s (ver figura 58).
Por lo tanto 𝑣2 será tangente a la circunferencia y al compartir el
mismo punto con la manivela, la velocidad de esta también tendrá la
misma dirección como se observa en la figura 60, entonces cuando
la biela este en el punto superior, esta y la manivela formaran un
ángulo de 180 grados.
Figura 58 rueda-centro instantáneo
fuente: Hibbeler
Figura 59 Centro instantáneo de velocidad
Fuente: Hibbeler
Punto
Superio
r
𝑣2
Figura 60 Posición de la biela y manivela en el punto superior

55
Sucede lo mismo con el punto inferior de trayectoria (figura 61)
Radio de la manivela y Longitud de la biela
Al trazar las rectas de las posiciones de la biela y manivela
correspondientes a los puntos superior e inferior (figuras 60 y 61) se
intersectan en el punto donde se encuentra el centro del eje para el
cigüeñal formándose un triángulo (rectas resaltadas en la figura 62).
En el triángulo formado el lado vertical representa la trayectoria que
recorre el transportador 1, esta debe de tener la longitud suficiente
para poder pasar el sistema de corte ubicado centímetros debajo del
punto superior.
Figura 61 Punto Inferior
Figura 62 Posiciones superior e inferior
Punto
inferior
𝑣2
Punto
inferior
Punto
superior

56
Con base al teorema de la Existencia de un triángulo se encontró la
longitud de la biela y radio de la manivela, y con la ayuda de un
software de diseño se encontró la distancia del centro del eje del
cigüeñal a la recta de trayectoria del “transportador 1”
Teorema de la existencia de un triángulo:
De la figura 62 entonces:
Donde:
b= longitud de la biela
r= radio de la manivela
T= trayectoria del “transportador 1”
Se cumple que:
𝑏 − 𝑐 < 𝑎 < 𝑏 + 𝑐
Figura 63 Teorema de Existencia de un triangulo
Figura 64 Triangulo entre las posiciones superior en
inferior
T
b-r
b
r
b + r
b
r

57
Convenientemente T tomará el valor de 150 mm de longitud
considerando que es una longitud aproximada que debe tener la
trayectoria del “Transportador 1”, este valor no es el definitivo pero
servirá para encontrar longitudes aproximadas de la biela y el radio
de la manivela.
de la figura 61 se obtiene la ecuación siguiente:
𝑟 + 𝑏 − 𝑏 − 𝑟 < 𝑇 < 𝑟 + 𝑏 + (𝑏 − 𝑟)
2r < 𝑇 < 2b
2r < 150 < 2b
r < 75 < b
r < 75 𝑚𝑚 75𝑚𝑚 < b
Tabla 11 Valores para el radio de la manivela y longitud de la biela
r (mm) b (mm)
10,20,30,40,50,60,70 80,90,100,120,130,…
Evaluando los valores para el radio de la manivela se tiene que
descartar los mínimos dado que serían exageradamente pequeños.
En un software de diseño se encontró que para un valor de r= 60
mm y una biela de longitud b= 150 mm se ubicará el centro del
cigüeñal a unos 70 mm de distancia de la recta de trayectoria que
recorre el “transportador 1” sujeto a la biela.
Figura 65 Distancia al eje del cigüeñal
70 mm
70 mm
150 mm
150 mm

58
Ángulo de desfase entre los brazos del cigüeñal
En cada brazo del cigüeñal está sujeto una biela que transmitirá el
movimiento a los transportadores para que estos tengan un
movimiento alternativo, las características del diseño de la máquina
advierten que deben ser convergentes a la intersección de las
trayectorias recorridas por cada transportador, es decir el momento
en el que el transportador este llegando al final de su carrera de
descenso y dejando de transportar a la opuntia ficus-indica, el
“transportador 2” debe de estar llegando a recepcionar la fruta para
su posterior traslado hacia el “sistema de corte 2”.
Figura 66 Ángulo de desfase

59
Fuerzas y Momentos en el cigüeñal
D.C.L. de las bielas 1 y 2:
El valor de la fuerza 𝑓!! será calculada tomando como referencia los
datos de la tabla 3.
f!" = 5,23 kg x 9,81 m s!

f!" = 51,3 N
Por lo tanto:
f!" = 51,3 N
Sumatoria de fuerzas en el eje “y”:
F! = 0 = f!" − f!"
f!" = 51,3 N
Sumatoria de fuerzas en el eje “x”:
F! = 0 = f!" − f!"
f!" = 51,3 N
Figura 67 D.C.L. de las bielas 1 y 2
f!"
f!"
f!"
f!"
biela 1
biela 2

60
Momentos generados por las fuerzas f!" y f!" en el cigüeñal
Momento generado por f1:
M! = f1 x (0,020 m)
M! = 51,3 N x (0,020 m)
M! = 1,026 N − m
Momento generado por f2:
M! = f2 x (0,020 m)
M! = 51,3 N x (0,020 m)
M! = 1,026 N − m
Los momentos M1 y M2 ubicados en dirección axial representan los
valores necesarios para poder realizar los cortes en la tuna,
produciendo un momento total de:
M! = 1,026 x2 = 2,052 N − m
Figura 68 Momento en el cigüeñal

61
Masa del cigüeñal
Un análisis con el software “Autodesk Inventor” proporcionó la masa
del cigüeñal
La masa es proporcionada luego de indicar el material del cigüeñal
que como menciona en la Lista de Exigencias este debe de estar
evaluado según el Reglamento No. 1935/2004 del Parlamento
Europeo y del Concejo por su importancia en la relación de
materiales en contacto con alimentos, y el material usado y permitido
es ACERO INOXIDABLE AISI 304.
P= 1,706 kg (masa del cigüeñal)
P= 1,706 x 9,81
P= 16,74 N (peso del cigüeñal)
Figura 69 Masa del cigüeñal

62
Diagrama de Cuerpo Libre del cigüeñal
Sumatoria de fuerzas en el eje x:
𝐹𝑥 = 0 = 𝑅1 − 𝑃 + 𝑅2
𝑃 = 𝑅1 + 𝑅2
16,74 𝑁 = 𝑅1 + 𝑅2
Sumatoria de Momentos en A
𝑀! = 0 = 𝑅2𝑥195 − (16.74𝑥107.5)
1799,55 = 𝑅2 𝑥 195
𝑅2 = 9,23 𝑁
Por lo tanto: 𝑅1 = 7,51 𝑁
Figura 70 Diagrama de cuerpo libre, cargas, fuerza cortante y
momento flector
A
B
C
DFC
DMF

63
Fuerza Cortante: 𝐹𝑐 = 7,51 𝑁
Momento Flector: 𝑀𝑓 = 807,325 𝑁 − 𝑚𝑚
Análisis de Esfuerzo Cortante en el cigüeñal
El esfuerzo cortante máximo en el tramo B-C será:
𝜏!!! =
𝑀 𝑥 𝑟
𝐽
Donde:
r: radio del cigüeñal
J: momento polar
𝜏!!! =
1.026 𝑁𝑚𝑥 (15𝑥10!!
)
𝜋
2 (15𝑥10!!)!
𝜏!!! = 0,19 𝑀𝑃𝑎
El esfuerzo cortante máximo en el tramo A-B será
𝜏!!! =
2.052 𝑁𝑚𝑥 (15𝑥10!!
)
𝜋
2 (15𝑥10!!)!
𝜏!!! = 0,38 𝑀𝑃𝑎
Figura 71 Análisis de Esfuerzo cortante
A
B
C
M1
M2
D=30 mm

64
Transportador 2
Es el elemento de la máquina encargado de trasladar al fruto hacia
el Sistema de corte 2, donde se realizará un corte longitudinal y
seguidamente se extraerá la cáscara.
En la figura 73 se observa una extensión que sirve para recepcionar
el fruto e impedir que caiga fuera del Transportador 2, mientras este
retrocede hacia el encuentro con el transportador 1.
Figura 72 Transportador 2
Figura 73 Extensión del Transportador 2

65
La longitud se determina al representar gráficamente la posición que
tendrá el transportador 1 al pasar el “Sistema de corte 1” y el
“transportador 2”, esta longitud evita que el fruto descienda
directamente y caiga fuera del transportador 2.
Figura 74 Posiciones de la biela 1 y 2
Figura 75 Transportador 2-vista lateral

66
Rodamientos
Existen muchas clases de rodamientos, los más usados son los
rodamientos de bolas necesarios para distintos tipos de trabajo, la
máquina peladora trabaja con un rodamiento de bolas rígido de una
hilera.
Figura 76 Rodamiento
Figura 77 Tipos de rodamientos

67
Los Rodamiento rígido de bolas de una hilera en las pistas de
rodadura en los anillos interior y exterior cuentan con arcos circulares
capaces de soportar cargas radiales y axiales en cualquier dirección.
De la figura 78 el diámetro interno del rodamiento es de 30 mm que
puede ser hasta incluso 50 mm, en este caso se tomará el valor de 30
mm.
Figura 78 Tolerancias para los rodamientos

68
Sistema de Corte 1
Es el encargado de realizar los cortes transversales (ver figuras 7 y
8) en ambos polos del fruto, ubicado en la trayectoria que recorre el
transportador 1, su componente principal son las dos cuchillas
(figura 80) separadas una longitud igual que la longitud que existe
entre los polos de la tuna (ver tabla 2)
El material del elemento de corte es Acero Inoxidable AISI 304.
Figura 79 Sistema de corte 1
Figura 80 Elemento de corte 1

69
Sistema de Corte 2
Ubicado en la trayectoria que recorre el transportador 2 cuyo
movimiento es horizontal, es el encargado de realizar el corte
longitudinal (ver figura 9) al fruto, sus componentes principales son:
Elemento de corte 2, fabricado de Acero Inoxidable AISI 304
Figura 81 Sistema de corte 2
Figura 82 Elemento de corte 2

70
Elemento para desprender la cáscara (figura 83), fabricado de acero
inoxidable, es el encargado del último paso que realiza la máquina
peladora, el proceso es sencillo y el elemento es muy parecido a un
simple rayador de verduras (figura 80) que como se muestra en la
figura 81 se tiene que aplicar la presión sobre el corte longitudinal.
Figura 83 Elemento para desprender la cáscara
Figura 84 Rayador de verduras casero
Figura 85 Desprendimiento de la cáscara

71
Selección del Material
Debido al crecimiento de su uso en el mercado nacional el acero
Inoxidable de la serie 300 definida en las especificaciones SAE, que
es seleccionado para los componentes de la máquina peladora es el
Acero Inoxidable AISI 304 cuyas propiedades son las siguientes:
Propiedades mecánicas:
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 310𝑀𝑃𝑎 45𝐾𝑆𝐼
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 620𝑀𝑃𝑎 90𝐾𝑆𝐼
𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 30% 𝑒𝑛 (50 𝑚𝑚)
𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 20𝐺𝑃𝑎 29000𝐾𝑆𝐼
Propiedades físicas:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 7,8 𝑔 𝑐𝑚!
Propiedades químicas:
0,08 % 𝐶 𝑚í𝑛
2,00 %𝑀𝑛
1,00 % 𝑆𝑖
18,00% − 20,00% 𝐶𝑟
8,00 − 10,50 % 𝑁𝑖
0,045 % 𝑃
0,03 % 𝑆

72
CAPÍTULO V
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
5.1 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
Se presenta el proyecto definitivo de la máquina peladora de tunas y sus
sistemas de corte y extracción correspondientes.
Figura 86 Proyecto definitivo

73
Características del Diseño
Pesos de los diferentes componentes
Tabla 12 Pesos de los componentes principales de la máquina peladora
No. Nombre Cantidad Peso (kg)/unidad
Subtotal
(kg)
1 biela 2 0,260 0,520
2 cigüeñal 1 1,706 1,706
3 contenedor 1 6,698 6,698
4 volante 1 0,685 0,685
5 cuerpo 1 1 8,550 8,550
6 cuerpo 2 1 7,100 7,100
7 cojinete 2 0,128 0,256
8 Sist. de corte 1 1 0,519 0,519
9 Sist. de corte 2 2 0,518 1,036
10 transportador 1 1 0,664 0,664
11 transportador 2 1 1,130 1,130
TOTAL (kg) 28,864

5.2 PRUEBA DE HIPÓTESIS
Se obtuvo un diseño adecuado de la máquina peladora mediante la
metodología VDI 2222.
5.3 DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
El peso total de la máquina peladora obtenido en la tabla 12 es 28,864 kg y
fue obtenido evaluando cada componente por separado en el software
“AutoDesk Inventor” contando con las piezas ya dibujadas en el software y
con la densidad del material seleccionado Acero Inoxidable AISI 304,
7,8 𝑔 𝑐𝑚!
.
El VDI 2222 facilita el proceso de diseño, mejorando y aumentando la
creatividad, los resultados obtenidos fueron satisfactorios para el proceso de
producción y fabricación del proyecto definitivo, ampliando las posibilidades
de mejorar y aumentar la comercialización de la tuna.

74
5.4 APORTES Y APLICACIONES
Los aportes de la máquina peladora son para mejorar la calidad de vida de
las personas que trabajan y consumen la opuntia ficus-indica.
La aplicación del diseño sirve para impedir el contacto directo con sus
espinas evitando de este modo lesiones e incomodidades en los
consumidores.
Las normas y procedimientos de diseño junto con los catálogos muestran un
forma de realizar un diseño de máquina por tanto es de suma importancia el
aporte para futuras investigaciones.

75
CONCLUSIONES
1. Los planos de fabricación fueron elaborados mediante la norma Internacional
ISO 286 (1)-62 que brinda designaciones de tolerancia ISO R286 y
tolerancias generales reguladas por la norma fundamental ISO 2768 1:1989.
2. El diseño del cigüeñal no requiere análisis por fatiga debido a que los rpm
que se le suministra por ser una máquina manual son muy bajos.
3. Se realizó un análisis dinámico y estático juntamente con una evaluación en
el software “Autodesk Inventor” para diseñar los sistemas de corte y los
transportadores del fruto.
4. Para el proceso de pelado de la máquina es necesario que el fruto sea
previamente limpiado de sus espinas, mejorando de esta manera el trabajo
de la máquina y evitando el contacto de la pulpa con dichas espinas.

76
RECOMENDACIONES
1. Se recomienda la construcción de un prototipo de la máquina peladora para
obtener un resultado aproximado de la velocidad de corte y pelado.
2. Para obtener un mejor proyecto definitivo se recomienda realizar una mayor
investigación del estado de la tecnología actual que es un requerimiento en
la 1era fase de la metodología de diseño.
3. Existen diferentes normas para elaborar planos de dibujo de Ingeniería, por
lo tanto es necesario definir si serán normas Internacionales, Nacionales o
Sectoriales antes de comenzar a realizar los planos del diseño.
4. La máquina peladora fue diseñada para un tamaño de tunas especificas, por
lo tanto se recomienda evitar el ingreso de tunas de mayor dimensión al
seleccionado ya que se dañará la pulpa del fruto.

77
BIBLIOGRAFÍA

1. Amaya, R. J. (2009). "El cultivo de tuna". (G. R. Libertad, Ed.) Perú, Trujillo, La
Libertad.
2. Barriga, G. B. (2009). "Métodos de Diseño en Ingeniería Mecánica". Lima, Lima,
Perú: Pontificia Universidad Católica del Perú.
3. Hibbeler, R. C. (2010). Dinámica. (P. E. México, Ed.) México: PRENTICE HALL,
INC.
4. Marcos, A. N. (2008). "Diseño de una máquina prototípo peladora de tunas a nivel
planta piloto y construcción de un prototipo del mecanismo de pelado de la
misma". Mexico, Puebla, Cholula: Universidad de las Américas.
5. Sanz, J. V. (2015). Máquina Peladora de Cebollas. Pamplona, Navarra, España:
Universidad Pública de Navarra.
6. Shigley. (2008). Diseño en ingenieria mecánica (8va Edición ed.). (Interamericana,
Ed.) México: McGrawHill.
7. Vílchez, R. Á. (2010). "Diseño de una máquina plegadora de paneles corrugados
para intercambiar de calor en transformadores". Lima: Universidad Pontifícia
Católica del Perú.
8. W.Beitz, G. P. (2007). Engineering Design (Third Edition ed.). (Springer, Ed.)
Germany.

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