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1
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEMENTO MECÁNICO PARA LA
CLASIFICACIÓN POR DIAMETRO DEL BABY BANANA (BANANO
BOCADILLO) TIPO EXPORTACIÓN.
DIEGO LEANDRO GARCIA HERNANDEZ
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA
BOGOTA D.C.
2010

2
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEMENTO MECÁNICO PARA LA
CLASIFICACIÓN POR DIAMETRO DEL BABY BANANA (BANANO
BOCADILLO) TIPO EXPORTACIÓN.
DIEGO LEANDRO GARCIA HERNANDEZ
Directora:
MARIA CRISTINA GARCIA MUÑOZ
INGENIERA QUÍMICA MSC.
INVESTIGADORA
CORPOICA TIBAITATÁ
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA
BOGOTA D.C.
2010

3
A Dios
a mi Madre, a Yuliana
y a mi Familia
por la Confianza y Apoyo Incondicional

4
Tabla de Contenido
INTRODUCCION
1. REVISION DEL ESTADO DEL ARTE 10
1.1 DESCRIPCIÓN DEL MERCADO INTERNACIONAL DE BANANO
BOCADILLO 10
1.1.1 Exigencias del mercado 11
1.1.2 Problemática de comercialización 11
1.2 LA ASOCIACIÓN (ASOBAICOTOL) 12
1.3 COSECHA Y ACONDICIONAMIENTO DE BANANITO EN LA ASOCIACIÓN
DE PRODUCTORES DE BANANITO DE ICONONZO, TOLIMA ASOBAICOTOL
12
1.3.1 Cosecha 13
1.3.2 Recolección 13
1.3.3 Desmanado 13
1.3.4 Lavado 14
1.3.5 Enjuague y “enyumbolado” 14
1.3.6 Desinfectado 14
1.3.7 Secado 14
1.3.8 Etiquetado 14
1.3.9 Clasificación por homogeneidad, longitud y peso 14
1.3.10 Empaque en bolsa 15
1.3.10.1 Para barqueta 15
1.3.10.2 Para contenedor 15
1.4 CLASIFICACION DEL BANANITO 15
1.4.1 Tipos de bananito 16
1.4.1.1 Tipo baby 16
1.4.1.2 Tipo Terra 16
1.4.2 Descripción del proceso de clasificación 16
1.5. HERRAMIENTAS ACTUALES PARA LA CLASIFICACION DE FRUTAS 19
1.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS IMPLEMENTOS ACTUALES 24
2. DESARROLLO DE PROTOTIPOS 25
2.1 PARAMETROS BASICOS PARA EL DISEÑO DE LA NUEVA
HERRAMIENTA 25

5
2.1.1 Fácil de operación 25
2.1.2 Tamaño 25
2.1.3 Resistencia al trabajo fuerte 25
2.1.4 Fabricación viable 25
2.1.5 Peso 26
2.1.6 Dimensionamiento 26
2.1.7 No genere daños superficiales 26
2.2 PROPIEDADES A TENER EN CUENTA EN LA SELECCIÓN DE
MATERIALES 26
2.2.1 Proceso de medición de la dureza 26
2.2.2 Propiedades de la silicona siloxano 27
2.2.3 Propiedades del caucho de Nitrilo NBR 28
2.2.4 Proceso de Vulcanización 32
2.3 ELABORACION DE BOSQUEJOS 33
2.4 EVALUACION DE PROTOTIPOS 33
2.4.1 Prototipo 1 33
2.5 SELECCIÓN DE LOS ANILLOS CALIBRADORES 36
2.5.1 Primer Diseño 36
2.5.2 Segundo Diseño 37
2.5.3 Tercer Diseño 37
2.5.4 Cuarto Diseño 37
2.5.5 Quinto Diseño 38
2.5.6 Sexto Diseño 38
2.5.7 Diseño unificado Anillos y base 39
2.6 SELECCIÓN DE DISEÑO PARA MECANIZAR 39
2.7 PROTOTIPO FABRICADO 40
2.8 PRUEBA DE LA HERRAMIENTA 42
2.9 PRUEBA DE DAÑOS SUPERFICIALES SOBRE LOS BANANITOS 45
2.10 REDISEÑO DE LA HERRAMIENTA 50
3 DISEÑO FINAL 51
3.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS HERRAMIENTAS 51
3.2 CÁLCULO DEL RESORTE 55
3.3 MATERIALES PARA FABRICACIÓN 59
3.4 ENSAMBLE Y AJUSTE 61
3.5 EVALUACION 63
CONCLUSIONES 66
BIBLIOGRAFIA 67
ANEXO A 68

6
TABLAS
Tabla 1. Clasificación según la calidad del Bananito.
Tabla 2. Clasificación por peso de bananito según la NTC 1190.
Tabla 3. Características del látex.
Tabla 4. Características de la Silicona.
Tabla 5. Características del Nitrilo.
Tabla 6. Datos Gaja 1.
Tabla 10. Cálculos de resorte.
Tabla 11 Características de los materiales.
Tabla 12. Coeficientes de Fricción.

7
FIGURAS
Figura 1. Imagen planta ASOBAICOTOL.
Figura 2. Empaque para Contenedor.
Figura 3. Proceso de Clasificación.
Figura 4. Calibre universal Fuente
Figura 5. Calibre universal de frutas.
Figura 6. Galgas de Calibración.
Figura 7. Herramienta de calibración utilizada en Perú.
Figura 8. Herramienta.
Figura 9. Seleccionadoras de frutas por tamaño.
Figura 10. Escala de dureza Shore.
Figura 11. Prototipo 1.
Figura 14. Cuarto diseño.
Figura 15. Sexto diseño.
Figura 16. Anillos Calibradores.
Figura 17. Regla.
Figura 18. Base.
Figura 19. Herramienta.
Figura 20. Herramienta Ensamblada.
Figura 21. Problema de visibilidad de la regla.
Figura 22. Problema de inclinación nula de la base.
Figura 23. Problema de Curvatura de los bananitos.
Figura 24. Problema de Fricción.
Figura 25. Defectos Superficiales.
Figura 29. 1er Diseño Final.
Figura 30. 1er Diseño Final.
Figura 31. 2do Diseño Final.
Figura 34. Herramienta sin Ensamblar
Figura 35. Herramienta ensamblada vista lateral
Figura 36. Herramienta ensamblada vista Frontal.

8
Figura 37. Herramienta ensamblada con inclinación.
Figura 38. Herramienta Final
Figura 39. Fruta no Aprobada
Figura 42. Fruta Aprobada 1

9
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A
Planos para construcción de herramienta

10
INTRODUCCION
El mercado de los alimentos a nivel mundial es muy dinámico y en él se transan
millones de toneladas al año. En los últimos años el consumo de productos
frescos tales como frutas y hortalizas se ha incrementado de manera importante,
llegando a ser un mercado altamente competido. Las frutas tropicales y los
productos exóticos están tomando cada día más fuerza, sin embargo dado que
estos productos son ofrecidos por diversos países ubicados en el trópico, la
competencia es cada vez más fuerte. Por esta razón se está poniendo más
atención al manejo higiénico de estos productos y se está reglamentando también
su comercialización. Ahora se establecen contratos en los cuales se especifican
claramente las características que el producto debe cumplir y de acuerdo con el
cumplimiento de estos parámetros se establece el precio. Esto hace necesaria la
clasificación del producto de acuerdo con estas características pero basados en
parámetros objetivos que puedan ser revisados y comprobados al momento de la
compra. Entre estos parámetros se tienen el nivel de defectos permisibles, el
tamaño o calibre, el peso, el color, entre otros. De estos parámetros los relativos al
tamaño, como el diámetro, la longitud e indirectamente el peso, son los más
usados, dado que son fáciles de evaluar e inspeccionar para determinar si
cumplen con las especificaciones establecidas por el comprador. Para medirlas
existen diferentes instrumentos, herramientas o máquinas adecuadas al tipo de
fruta, al volumen o capacidad de producción y al costo del producto.

10
1. REVISION DEL ESTADO DEL ARTE
1.1 DESCRIPCIÓN DEL MERCADO INTERNACIONAL DE BANANO
BOCADILLO
Colombia es un actor primario en la producción de banano, reconocido por su alta
calidad, comparado frente a otros grandes productores como Ecuador, México,
Costa Rica, Kenia y Malasia. Este reconocimiento se refleja en su precio y el
Premium transferido por la calidad. El principal mercado objetivo es los Estados
Unidos y Europa (Agronet.gov).
Durante los primeros ocho meses del 2008, Colombia exportó USD3, 7 millones
en banano bocadillo, equivalentes a 4,4 millones de kg.
En el 2007, las ventas internacionales de banano bocadillo llegaron a USD4, 5
millones (5,1 millones de kg), de esta manera se convirtió en la segunda fruta
exótica exportada por Colombia, con el 13,3% (Agronet.gov).
Francia concentró el 50% de las exportaciones en el 2007. Otros destinos de gran
relevancia fueron EE UU, con USD1, 5 millones; Italia, con USD268.946; Suiza,
con USD262.851; Bélgica, con USD96.728, y Alemania, con USD64.011, entre
otros (Agronet.gov).
Estados Unidos concentro el 56 % de las exportaciones seguido por Francia con
un participación del 36 %, seguido por Italia y Bélgica con el 1 %, el otro 1 % está
entre otros países de la unión europea como lo son países bajos entre otros.
Sumando en total 3312,6 toneladas exportadas en entre Enero y Junio del 2009,
mostrando su pico más alto en el mes de mayo y decreciendo notablemente en el
mes de Junio, este fenómeno se debe en parte por la baja temporada de demanda
en los mercados internacionales donde la estacionalidad de el clima muestra
temperaturas altas. Este producto es consumido principalmente en los meses de
invierno por lo que se espera que en la temporada del último trimestre del año las
exportaciones suban (Agronet.gov).
En la actualidad las exportaciones colombianas en el mundo están distribuidas en
el continente europeo, en países como Francia que concentró el 50% de las
exportaciones Italia, Suiza, Bélgica, y Alemania entre otros. La exportación

11
colombiana en Estados Unidos se concentra principalmente en los mercados de
Miami, Los Ángeles San Francisco, San Diego y Nueva York.
1.1.1 Exigencias del mercado
 Frutos enteros, de forma cilíndrica característico del banano
 Aspecto fresco y consistencia firme
 Frutos sanos, libres de ataques de insectos o enfermedades
 Frutos libres de humedad externa anormal
 Frutos exentos de cualquier olor, sabor y/o materiales extraños
 El empaque deberá brindar la suficiente protección al producto, de manera
que se garantice la manipulación, transporte, y conservación del bananito.
 El contenido de cada empaque debe ser homogéneo y estar constituido por
bananitos del mismo origen, variedad, categoría, color y calibre.
 Los materiales utilizados para la fabricación del empaque deben ser
nuevos, limpios y no ocasionar ningún tipo de alteración el producto.
 Se permiten la utilización de materiales, papeles o sellos, siempre que no
sean tóxicos.
 El rótulo deberá tener la siguiente información:
 Identificación del producto: nombre del exportador, envasador y/o
expedidor.
 Naturaleza del producto: nombre del producto, nombre de la variedad.
 Origen del producto: país de origen y región productora, fecha de
empaque.
 Características comerciales: categoría, calibre, número de frutos, peso
neto.
 Simbología que indique el correcto manejo del producto.
Teniendo en cuenta las características de exportación mencionadas anteriormente
se debe tener un control riguroso en la clasificación de la fruta, en caso de
tecnificar los diferentes procesos por los que pasa el bananito es importante tener
presente y no interferir con el proceso normal de clasificación.
1.1.2 Problemática de comercialización.
Los productores están sujetos a las exigencias de las comercializadoras en cuanto
a la cantidad de producto que les reciben y en el tiempo que ellos quieran recibir
sin tomar en cuenta que esto es un problema serio para el productor ya que si el
bananito se deja pasar de las 8 semanas que es el promedio estimado de corte, el
bananito engruesa más de lo requerido por dichas comercializadoras e

12
inmediatamente el producto es rechazado, y muchas veces se pierde producto por
que las comercializadoras no compran toda la producción.
Los productores en primer plano aducen que la solución directa y rápida es que
las comercializadoras empiecen a ponerse al día con los pagos retrasados y que
la puntualidad sea un factor fundamental de las comercializadoras para con los
productores y así mantener en armonía la cadena de comercialización de este
producto sin perjudicar a los productores que no poseen una cartera suficiente
para mantener sus cultivos. Por tal problemática algunos productores prefieren
destinar su producto para el mercado nacional, en el cual no existe este tipo de
problemas. Ellos venden su producto más económico pero venden todo lo que
producen sin ningún rechazo y el pago es inmediato. Otro problema que se
menciona con frecuencia, es que las comercializadoras pagan a muy bajo precio
el producto, respaldan su comentario aduciendo que el producto cosechado en la
zona es de excelente calidad.
1.2 LA ASOCIACIÓN (ASOBAICOTOL).
La asociación de bananeros de Icononzo Tolima, es la encargada de recibir y
pagar la fruta a los productores y acondicionarla para su comercialización. Ver fig.
1
Figura 1. Imagen planta ASOBAICOTOL. Fuente: Autor
De este punto ya el producto debe quedar completamente listo para su eventual
exportación. Además de encargarse del acondicionamiento también es la
encargada de las negociaciones y contactos con las empresas comercializadoras
que exportan el producto.
1.3 COSECHA Y ACONDICIONAMIENTO DE BANANITO EN LA ASOCIACIÓN DE
PRODUCTORES DE BANANITO DE ICONONZO, TOLIMA ASOBAICOTOL

13
Asobaicotol se encarga de recibir los racimos de bananito cosechados por los
productores y someterlos a diferentes operaciones con el fin de homogenizar,
mejorar su presentación y agregar valor, facilitando su exportación. El proceso de
acondicionamiento consiste en desmanar el racimo y luego cada una de las
manos es dividida en porciones más pequeñas de tres o cuatro bananitos,
denominados gajos. Estos gajos de bananito se lavan, desinfectan y secan.
Posteriormente se clasifican de acuerdo con la homogeneidad en el tamaño en
dos grupos: terra o baby banana. A continuación se describen con mayor detalle
cada una de estas operaciones.
1.3.1 Cosecha
El bananito o baby banana para exportación se cosecha en estado verde, entre las
6 y 8 semanas después de la floración. El momento de la cosecha se determina
de acuerdo con la distancia y requisitos del mercado. Las diferencias se dan
básicamente en tamaño, pues algunos países prefieren bananitos pequeños de
menos de 9 cm de longitud, mientras la mayoría está entre los 10 y 13 cm de
longitud, la forma de cosecharlo la realizan de manera directa los recolectores
cortando levemente el vástago con un machete, para evitar que caiga totalmente
el racimo al piso y sufra daños.
1.3.2 Recolección
El transporte se hace regularmente a pie o en moto y es una de las actividades
más arduas o de mayor gasto físico, pues usualmente se utiliza una vara en cuyos
extremos cuelgan un racimo y esta vara es llevada sobre los hombros. Esto
implica hacer entre 40 y 70 viajes, pues usualmente se manejan solicitudes de 80
a 140 racimos por cada productor, aunque en casos de alta demanda pueden
llegar hasta los 200 racimos.
1.3.3 Desmanado
Es la primera operación realizada al racimo, en la cual además de remover las
manos de bananito del racimo, estas son divididas en grupos más pequeños
denominados gajos de 3 o generalmente 4 unidades o dedos. Esta división se
hace sin ningún criterio, simplemente por la cercanía de los dedos, pero no por
criterios de tamaño, por lo cual los dedos que conforman los gajos no siempre son
uniformes. Sin embargo si se inspeccionan rápidamente para evaluar estado
fitosanitario o la presencia de algún tipo de daño o deformidad que lo descarte de
su uso para exportación. También se separan los que son muy pequeños pues
estos no son admitidos para exportación y en algunos casos el color también es
utilizado como criterio, pues los que presenten quemaduras por el sol o estén muy
pálidos también son descartados.

14
1.3.4 Lavado
Esta operación tiene como fin remover el látex y evitar así el manchado del
bananito, además de remover otras impurezas o suciedad que pueda venir
adherido al bananito. Las manos son dispuestas en tanques de agua con un
detergente recomendado para esta tarea, lavaplátanos, donde permanece
alrededor de 20 segundos. Estos tanques son cubiertos con láminas de espuma
que protegen las manos de golpes contra el fondo y con las paredes del tanque.
De allí las manos ya divididas en gajos de 3 o 4 unidades son retiradas y llevadas
a otro tanque para su enjuague.
1.3.5 Enjuague y “enyumbolado”:
Antes de ser sumergidas en el tanque de enjuague, a cada mano se le adiciona
una lámina de espuma de polipropileno, la cual tiene como fin mantener las manos
flotando y evitar que se golpeen contra el fondo del tanque. Además facilitan su
desplazamiento en la corriente de agua. Allí se retira los residuos de detergente u
otro compuesto extraño que pueda estar adherido al bananito. Esta actividad toma
alrededor de un minuto
1.3.6 Desinfectado
El bananito es retirado del tanque de enjuague y las láminas de espuma son
removidas. Luego la corona es sumergida en un recipiente con desinfectante por
unos segundos.
1.3.7 Secado
Las manos son secadas con un paño absorbente y en algunos casos con ayuda
de un ventilador. Esta operación puede tomar alrededor de 5 segundos.
1.3.8 Etiquetado
Una vez secas las manos se dividen en gajos de cuatro unidades o dedos y se
adhiere una etiqueta a uno de los cuatro dedos
1.3.9 Clasificación por homogeneidad, longitud y peso
Para empacar el bananito en las cajas, se clasifica por tamaño, realizando una
medida de la longitud, y revisando la homogeneidad de la gaja. De acuerdo con el
criterio de homogeneidad del producto se manejan dos tipos diferentes de
bananito, el baby banana, que debe poseer un tamaño homogéneo y el bananito
terra cuyo tamaño no es homogéneo que varía desde los más grandes hasta los
más pequeños. Posteriormente la mano es pesada y empacada.

15
1.3.10 Empaque en bolsa
Las manos se empacan en bolsas de polipropileno perforado y son puestas en
bandejas de cartón, cada una de alrededor de 3,5 kg las cuales son ubicadas en
cajas de seis bandejas.
Hay dos formas de empacar el bananito,
1.3.10.1 Para barqueta: Son recipientes en polietileno de alta densidad en los
cuales se insertan de 4 a 6 frutas de acuerdo al tipo de banano seleccionado, el
peso neto por recipiente o barqueta debe estar en el rango de 360 a 380 gramos.
En cada caja de cartón se ubican 9 recipientes de estos.
1.3.10.2 Para contenedor: Se empacan de 4 a 6 bananitos en bolsas plásticas,
los cuales a su vez se introducen en una caja de cartón en las cuales caben de 10
a 17 de estas bolsas plásticas. El peso bruto de la caja debe estar entre los 3330
a 3360 gramos por cada caja. Estas cajas se apilan en un máximo de 6 para evitar
daños. Ver fig. 2.
Figura 2. Empaque para Contenedor
1.4 CLASIFICACION DEL BANANITO
El proceso de clasificación por tamaño y peso es una operación importante ya que
forma parte de las exigencias establecidas para la exportación del bananito.
Además existe la necesidad de estandarizar el tamaño de la fruta para certificar
el proceso ante normatividad técnica nacional o extranjera, por lo cual es
necesario diseñar una herramienta que permita verificar y cumplir con las
dimensiones del bananito y de esta forma poder estandarizar y normatizar las
características físicas de la fruta, al menos las relativas al tamaño, peso y longitud.

16
Es por esta razón que esta operación es tratada a continuación a mayor
profundidad.
1.4.1 Tipos de bananito.
Como se mencionó previamente en la planta ASOBAICOTOL, el bananito es
clasificado en dos grupos de acuerdo con el parámetro de homogeneidad, así:
1.4.1.1 Tipo baby: Es un banano para exportación el cual tiene la característica
de ser homogéneo en longitud y diámetro. Se empaca para barqueta o para
contenedor con los requerimientos antes mencionados.
1.4.1.2 Tipo Terra: Es un banano para exportación no muy homogéneo en
longitud y diámetro. Para su exportación se necesita que no esté maduro en el
momento de exportarlo y que no se encuentre golpeado. Se empaca para
barqueta o para contenedor.
1.4.2 Descripción del proceso
En el proceso de selección para barqueta, esta se sitúa sobre una balanza con
una precisión de ±0,1 gramo, y el operario introduce una cantidad mínima de tres
bananitos, y posteriormente inicia el trabajo de tanteo, hasta alcanzar la los 360 a
380 gramos peso requerido. Este procedimiento de tanteo se vuelve tedioso y
puede tomar entre 6 y 35 segundos, para un operario con experiencia buena
observación.
Esta operación resulta más fácil cuando se trata de bananito tipo terra, dado que
en la comercialización de este se admite mayor variedad de tamaños. l
En el proceso de selección para contenedor se toman manos de 4 a 6 bananos los
cuales se introducen en una bolsa. Se toman 4 bananos cuando tienen un tamaño
grande y 6 cuando son pequeños. Estas bolsas se empacan en una caja la cual
está situada sobre la balanza, para ir registrando y ajustando el peso. Por lo tanto
en el momento en el que la balanza registra un peso entre 3330 y 3360 gramos se
detiene el proceso. En estas cajas se deben introducir un mínimo de 10 y un
máximo de 17 bolsas para el tipo Terra, mientras que para el bananito Baby se
requiere mínimo de 12 bolsas y máximo 13.
Durante el proceso de empaque en contenedor, el bananito baby sufre daño
mecánico, ya que en muchos casos es difícil acomodar las bolsas de manera que
se cumpla con el número de bolsas y el pero requerido. Esto hace necesario forzar
el bananito para que pueda ser acomodado, con el consecuente daño para el
bananito y no solamente por la presión entre las diferentes bolsas sino también
por los golpes al introducirlo y sacarlo de la caja, tratando de acomodarlo.

17
El bananito es clasificado en terra y baby de forma empírica, gracias a la
experiencia que posee el operario, aunque también se apoyan en un instrumento
el cual es una caja o rectángulo que tiene la medida longitudinal máxima
permisible para los bananitos.
Posteriormente se pesan los 4 bananitos y si el peso oscila entre 260 y 320
gramos se empacan en la caja, donde caben de diez a doce gajas dependiendo
del tipo de bananito que se esté trabajando. Ver fig. 3.
Figura 3. Proceso de Clasificación. Fuente Autor
La clasificación del bananito no solamente incluye parámetros físicos sino también
parámetros relativos a la calidad o apariencia. Los grados de calidad están
descritos en la siguiente tabla, la cual fue tomada de la NTC 1190.

18
Tabla 1. Clasificación según la calidad del Bananito
CALIDAD CARACTERISTICAS TOLERANCIA
EXTRA
Cumplir las características
mínimas, estar bien formados,
tener pedúnculos bien formados,
tener un grado de lleno de 3/4,
coloración uniforme de acuerdo
con la madurez.
5% de bananito con cuello
roto, que no cumplan con las
características mínimas y de
este grado, pero sí de la
siguiente calidad.
PRIMERA
Cumplir con las características
mínimas, estar bien formados,
no presentar manchas entre las
aristas y solamente tener daños
superficiales.
10% de bananito con cuello
este grado, pero sí de la
siguiente calidad, mientras
que los defectos no impidan
el consumo.
SEGUNDA
Cumplir con las características
mínimas. Pueden presentar
daños superficiales pero no
presentar manchas en más de
1/3 de la superficie del bananito.
20% de bananitos con cuello
este grado, presentar formas
irregulares mientras que los
defectos no impidan el
consumo.
MUESTRA
Comprende los bananitos que no
se clasificaron en ninguna de las
anteriores categorías, porque
son muy pequeños, deformes,
quebrados y con daños
apreciables.
Fuente: (ICONTEC, NTC 1190)
En la misma norma también se especifica la clasificación del bananito por peso en
tres categorías, las cuales se describen en la Tabla 2.

19
Tabla 2. Clasificación por peso de bananito según la NTC 1190.
CLASIFICACION POR PESO (gramos)
VARIEDAD GRANDE
(MÁXIMO)
MEDIANO PEQUEÑO
(MÍNIMO)
BANANO 130 110 – 129 109
BOCADILLO 40 20 – 39 19
Fuente: (ICONTEC, NTC 1190)
1.5. HERRAMIENTAS ACTUALES PARA LA CLASIFICACION DE FRUTAS
Para la clasificación por tamaño, existen dos instrumentos ampliamente usados,
prácticos y económicos estos son el calibrador universal de frutas y el juego de
anillos o galgas. El primero. Ver fig. 4 y 5., se puede utilizar para medir frutas o
legumbres de forma redondeada, tal como las manzanas, melocotones, naranjas,
limones, tomates, etc. Consiste básicamente en un cable o hilo flexible, el cual se
desplaza abrazando el objeto. El diseño tipo lazo ofrece una manera cómoda y
fácil de obtener el calibre de frutas. Hay dos escalas con lectura simultánea de
diámetro (de 30 a 95 mm.) y circunferencia (de 9 a 30 cm.), por tanto sirve para
indicar el diámetro y la longitud de la circunferencia. Es un cuerpo cuadrado en
acero niquelado, con lama flexible en acero formando un bucle de dimensión
regulable, desplazando un cursor y un botón para bloquearlo.
La segunda herramienta. Ver fig. 6., juego de galgas, consiste en un juego de
anillos en acero inoxidable de diferentes diámetros, por el cual se hace pasar la
fruta hasta encontrar el anillo que coincida con el diámetro. La medida interna del
anillo varía entre 20 hasta 90 milímetros. El uso de este tipo de calibradores
consiste en desplazar la fruta transversalmente sobre el anillo.
Figura 4. Calibre universal Fuente. www.infoagro.com/comercio/instrumental/images

20
Figura 5. Calibre universal de frutas. Fuente
www.agroterra.com/.../ImagenesPRDs/5942_AMEA.jpg
Figura 6. Galgas de Calibración. Fuente www.tecno-agro.com/public/images/53308.JPG
Finalmente también se ha encontrado una herramienta ampliamente utilizada en
Orito, Perú, donde se siembran grandes áreas de baby banana. Esta herramienta
es un elemento mecánico que posee forma de “u”. Ver fig. 7. En sus extremos se
encuentra los dos rangos de, máxima y mínima. La herramienta es bastante

21
sencilla, ergonómica y fácil de manejar, debido a su tamaño y el material metálico
en el que está fabricado, no posee un peso considerable que afecte el trabajo
normal del operario. Ver fig. 8., ya que está construido en una aleación ferrosa de
baja densidad.
Figura 7. Herramienta de calibración utilizada en Perú. Fuente
www.agrivinsa.com/Orito%20Organico/Harvester
Figura 8. Herramienta. Fuente www.falesa.com/.../producto%20falesa%20306.jpg
Algunas empresas extranjeras han diseñado y construido maquinaria de gran
tamaño, las cuales poseen varias etapas en el proceso de clasificación. Ver fig. 9.
Se utilizan para calibrar grandes volúmenes de vegetales, la mayoría tienen
desarrollos que van ligados a mediciones de diámetro y longitudes, utilizando
dispositivos mecánicos y electrónicos, o haciendo uso de bandas transportadoras
y otros elementos mecánicos.

22
Calibradoras electrónicas mono canal para los operadores hortifrutícolas que
tienen pequeñas producciones pero no quieren renunciar a la precisión, a la
fiabilidad y delicadeza de las calibradoras electrónicas de mayor capacidad. Es
ideal para la elaboración de damascos, mandarinas, kiwis, manzanas, naranjas,
tomates y otros productos sub-esféricos (www.unitecarg.com).
Un anillo óptico mide el tamaño de las frutas: Un grupo de investigación de la
Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha desarrollado un nuevo dispositivo
capaz de medir el tamaño de las frutas y hortalizas, y otros objetos de formas
irregulares, que es mucho más simple y versátil que los sistemas convencionales
(www.plataformasinc.es).
La determinación del tamaño de frutas y hortalizas es importante, entre otros
motivos, porque permite asignar mercados y precios diferentes a los distintos
Figura 9. Seleccionadoras de frutas por tamaño UNITEC

23
grupos de tamaño y porque facilita el manejo de los frutos en las industrias
distribuidoras y transformadoras del sector hortofrutícola (unitecarg.com).
Con el propósito de incrementar la automatización en el manejo del producto en
este sector, el Laboratorio de Propiedades Físicas y Tecnologías Avanzadas en
Agroalimentación (LPFTAG) integrado en TAGRALIA-CM de la Escuela Técnica
Superior de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM)
ha desarrollado un dispositivo capaz de medir el tamaño de las frutas y hortalizas,
y otros objetos de formas irregulares como barras de pan, que es mucho más
simple y versátil que los sistemas convencionales. En este sistema el producto
pasa, lanzado a una cierta velocidad, un sensor de anillo óptico que consiste en
un soporte circular, en el cual van dispuestos un gran número de emisores y
receptores de radiación NIR (infrarrojo cercano). Los emisores se activan uno
detrás de otro a gran velocidad. Si no hay ningún fruto atravesando el anillo, todos
los receptores “ven” la luz proyectada por el emisor activado en ese instante, pero
tan pronto como empieza a pasar un fruto, aparece una zona de sombra
correspondiente a los receptores tapados por el fruto. Partiendo de ahí se organiza
un tratamiento geométrico que desemboca en el cálculo del tamaño del fruto. Es
muy eficaz para casi todos los productos, y especialmente interesante para los
alargados, como zanahorias, pepinos o barras de pan (www.plataformasinc.es).
De cara al mercado de consumo en fresco el nuevo dispositivo permite la
clasificación del producto en grupos de calibre o tamaño homogéneo. También
permite el empaquetado ordenado en bandejillas alveoladas, consiguiendo
aprovechar mejor el volumen del contenedor de transporte y que el producto se
encuentre más protegido frente a golpes. Así mismo, en la industria
transformadora de la fruta, hay máquinas que necesitan ser alimentadas con frutos
de tamaño homogéneo. Es el caso de los extractores, que son las máquinas que
"estrujan" el fruto para extraer el zumo (www.unitecarg.com).
Hasta ahora los equipos modernos de calibración de frutas y hortalizas han
utilizado la electrónica y la informática. Por un lado, están los que pesan cada fruto
y en función de su peso lo envían por una cinta transportadora de salida u otra. En
segundo lugar están las máquinas que utilizan videocámaras, las cuales toman
una o varias imágenes de cada fruto, y las analizan con un ordenador, para
determinar el tamaño y la forma, así como el color (www.unitecarg.com).
Con el sistema de anillo óptico se obtienen buenos resultados, con errores de
medición pequeños, para productos de forma más o menos alargada como el
pepino (ver figura), el calabacín, la zanahoria o el kiwi y no teniendo nada que
envidiar a los sistemas basados en videocámaras en cuanto a rendimiento horario.
(www.unitecarg.com).

24
En principio este dispositivo también debería dar buenos resultados para el
mango, el aguacate el banano o la papaya, así como para la inspección del
tamaño y forma de barras de pan (www.unitecarg.com).
1.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS HERRAMIENTAS ACTUALES
En la figura 4., se observa el calibrador universal, principalmente las ventajas que
posee son; ergonómico, fácil operación, liviano, fabricación sencilla, por tanto es
una buena opción para calibrar los bananitos, dentro de las desventajas que
posee se encuentra que no tiene un rango de dimensiones estandarizado para los
bananitos, esto es elemental dado el nombre de calibre universal, en este caso es
necesario que haya un rango de longitud y diámetro, por otra parte fue observado
el daño superficial que puede generar el cable o hilo flexible al bananito ya que no
se encuentra recubierto, y no ofrece protección a la fruta, otra desventaja radica
en utilizar el calibrador con una de las manos lo que hace el proceso ineficiente en
caso de utilizarse en producción en línea.
Las galgas de calibración tienen la ventaja de encontrar la medida numérica real
de la fruta y son de fácil operación, comercialmente son fáciles de conseguir y de
bajo costo, pero son ineficientes porque es demorado el proceso de búsqueda de
el anillo ya que estos poseen de 10 a 15 anillos o galgas, otra desventaja
primordial radica en el hecho de no poder tomar la longitud del bananito y
maltratar la superficie del bananito debido a que no posee recubrimiento.
En la figura 4 se observa un calibrador utilizado en orito, se utiliza únicamente
para tomar el diámetro del bananito, posee la ventaja de tener el rango máximo y
mínimo de diámetro de la fruta, se observa que es de fácil fabricación y operación
por tanto económicamente hablando es de bajo costo, igual que los anteriores
puede causar daños superficiales a los bananitos ya el material utilizado es un
metal sin recubrimiento, además no es posible medir la longitud de la fruta.
Las clasificadoras mecánicas y electrónicas mostradas en la figura 6 poseen la
mayor eficiencia de todas las nombradas anteriormente, pero son utilizadas para
frutas unitarias, en este caso fue observado que el bananito mínimo se encuentra
en gajos de 2 dedos y hasta 5, lo que dificulta el proceso de selección por tamaño,
principalmente el costo económico es la mayor desventaja ya que el valor de una
maquina de esta envergadura puede costar hasta 10 veces el valor de los
mencionados anteriormente.

25
2. DESARROLLO DE PROTOTIPOS
2.1 PARAMETROS BASICOS PARA EL DISEÑO DE LA NUEVA HERRAMIENTA
En el proceso de clasificación de bananito, es necesario desarrollar una
herramienta para verificar las dimensiones (diámetro y longitud) de la fruta, ya que
se necesita normalizar y estandarizar el proceso, como ya se dijo anteriormente,
se busca la certificación del proceso.
La propuesta consiste en una herramienta que verifique el diámetro y la longitud
del bananito de manera unificada, teniendo en cuenta varias consideraciones
para el diseño de la herramienta, las cuales se listan y definen a continuación,
cada una tiene una ponderación de menor a mayor según su importancia para la
validación de los diseños.
2.1.1 Fácil operación (7): Tiene la ponderación más alta dado que se necesita
que la herramienta sea de fácil operación para el operario, y no presente
complicaciones a la hora de manipularlo, ni ponerlo en marcha.
2.1.2 Tamaño (6): Si la herramienta posee un tamaño grande el cual presente
dificultad para moverlo o situarlo en un espacio adecuado en las mesas de trabajo,
genera problemas ya que se necesitaría más de 1 operario para moverlo, aparte
de esto la herramienta necesariamente va a estar continuamente transportándose
de una mesa a otra por tanto presenta otro problema, y en el caso del espacio en
la mesa no debe ocupar mucho ya que estas están en un 90 % ocupadas por el
bananito, las cajas y en algunos casos la balanza utilizada para medir la masa de
la fruta.
2.1.3 Resistencia a la manipulación fuerte (5): El proceso de selección y
empaque normalmente se necesita que sea rápido y eficaz por tanto no se tiene
cuidado con los implementos que se utilizan para llevar a cabo las mediciones de
las diferentes características de la fruta, efectivamente se necesita que la
herramienta soporte manipulación fuerte,
2.1.4 Fabricación viable (4): No debe poseer un nivel de fabricación alto, como
por ejemplo tornos CNC o procesos que posean una carta tecnológica con
cantidad de operaciones, o niveles de tolerancia extremadamente altos, excepto
en el diámetro interior de los anillos de calibración, por ende se requiere un nivel
de fabricación medio, tornos mecánicos, fresas o taladro fresador. En el caso que
se requiera reemplazar una de sus partes se debe tener en cuenta la ubicación de
el sitio donde se está utilizando la herramienta, en este caso tenemos zona rural,
en donde hay un grado de accesibilidad medio.

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2.1.5 Peso (2): El peso va relacionado con el tamaño. En algunos casos puede
ocurrir la situación de un tamaño grande con un peso bajo, o viceversa, esto
depende de la densidad espacial y material de sus partes.
2.1.6 Compacto (1): Se necesita que sea compacto ya que no es óptimo realizar
varias operaciones para tomar varias medidas, esto se refleja en la pérdida de
tiempo del operario utilizando la herramienta, si se logra que mediante una sola
operación se tomen varias medidas se alcanza el objetivo de Compacticidad.
2.1.7 No genere daños superficiales (3): Es necesaria una herramienta que no
genere daños físicos a la fruto por tanto debe tener alguna protección, los lados
que se encuentren en contacto directo con la fruta, también se deben eliminar
aristas, filos, o superficies puntiagudas que dañen la fruta.
2.2 PROPIEDADES A TENER EN CUENTA EN LA SELECCIÓN DE
MATERIALES.
Los anillos calibradores deben tener un recubrimiento en un material que posea
una dureza baja. A continuación se revisa bibliografía con las pruebas de dureza
utilizada para los polímeros, también se adjuntan tres tablas con las propiedades
de los materiales posibles a utilizar. Ver tablas 4 a 6.
2.2.1 Proceso de medición de la dureza
Hay que distinguir entre procesos estáticos y dinámicos para medir la dureza.
Todos se refieren al mismo principio: un cuerpo penetrador es presionado
continuamente en el material con una fuerza de prueba determinada. Se medirá la
deformación local que se origina en la parte plástica y elástica. Las mediciones
estáticas determinan solamente la parte de la deformación plástica. Según la
magnitud de la fuerza de prueba se diferencia: macro dureza (fuerza F > 30 N),
dureza de pequeña carga (2 - 30 N) y micro dureza (< 0,5N). La medición de
dureza con Brinell, Vickers o Rockwell pertenece a los procesos de medición de
dureza estáticos. En los procesos dinámicos (método de dureza Shore o martillo
pendular) se hace chocar un cuerpo penetrador en la parte a medir con una
energía cinética desde un intervalo definido. Así se comprueban tuberías, ejes de
turbinas o piezas fundidas. Tiene a su disposición tablas DIN 50150 para
comparar los resultados obtenidos por medio de los diversos procedimientos
(www.utp.edu.co/gcalle/DUREZAVICKERS.pdf).
Dureza Shore: Procedimiento dinámico de medición de dureza. Se determina la
altura de rebote de un cabezal bulón que cae en la superficie de la prueba desde
una altura de 250 mm. 177 mm de altura de rebote corresponden a 100 unidades
Shore. En la Fig. 10., se muestra la dureza de algunos polímeros
(www.utp.edu.co/gcalle/DUREZAVICKERS.pdf).

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Figura 10. Escala de dureza Shore http://www.machinist-
materials.com/hardness.htm
Dentro de los materiales que cumplen con los requisitos de dureza aceptable se
encontró la silicona del grupo de los siloxano, el caucho de nitrilo o NBR o caucho
comercial, el látex, y el fomi que es un tipo de de espumado, entre otros.
2.2.2 Propiedades de la silicona siloxano:
Este producto es un elastómero de silicona que se utiliza en base a una mezcla de
dos componentes (caucho base + catalizador), y que cura a temperatura
ambiente. Se utiliza tanto para la fabricación de piezas terminadas de caucho de
silicona, o para la elaboración de moldes. (www.adhesivosmontcau.com)

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Este producto posee propiedades que constituyen ventajas que lo distinguen de
otros cauchos de silicona. Entre las mismas podemos citar:
 Exactitud dimensional: no presenta una importante contracción.
 Alta definición: copia mínimos detalles de piezas complejas e intrincadas.
 No presenta inhibición.
 Buena resistencia al desgarro.
 Alta flexibilidad y elongación.
 Baja dureza.
 Bajo costo
 Viscosidad 100 poises
 Peso específico 1,16 gr/cm3
 Dureza 17 SHORE A
 Elongación 400 %
 Resistencia al desgarro 30 psi
 Resistencia a la tracción 240 psi
 Contracción menor a 0,5 %
2.2.3 Propiedades del caucho de Nitrilo NBR:
Este es un copolímero de acrilonitrilo y butadieno, en el cual la proporción de
acrilonitrilo puede variar desde el 18% al 40 %.Cuanto más alta es la proporción
de acrilonitrilo, más pobres son las propiedades físicas, pero es mejor la
resistencia al aceite (www.quiminet.com/pr0/caucho%2Bnitrilo.htm).
La resistencia al aceite y al calor es ligeramente más alta que en el caucho
cloropreno, pero la resistencia a la luz solar no es tan buena
(www.quiminet.com/pr0/caucho%2Bnitrilo.htm).
Para la producción de los grados normales de NBR se utiliza una polimerización
en emulsión de butadieno y acrilonitrilo
(www.quiminet.com/pr0/caucho%2Bnitrilo.htm).

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Tabla 3. Características del látex
Polímero Base Nombre Común NATURAL RUBBER
Nombre Químico POLISOPRENO NATURAL (LATEX)
SAE J200-Clasificacion ASTM D-2000 AA
ASTMD-735, SAE J-14: MIL-R-3065 R(N)
Designación ASTM(D14 18) NR
Peso Gr/cm3 0,891
Elastómero Base Peso Especifico 0,93
PROPIEDADES FISICAS
Rango de Dureza (Shore A) 30-95
Resiliencia Excelente
Carga de Rotura Kg/cm2 300
Alargamiento en la Rotura, %, 700
Deformación Remanente Aceptable
Aislamiento Eléctrico Excelente
Impermeabilidad Gas Bueno
PROPIEDADES DE RESISTENCIA MECANICA
Impacto Excelente
Abrasión Excelente
Desgarro Excelente
Crecimiento de Grietas Excelente
PROPIEDADES DE RESISTENCIA A LA
TEMPERATURA
Carga de Rotura Kg/cm2 120-200 C 120
Alargamiento % 120-200 C 500
Resistencia a la llama Pobre
Endurecimiento C 30 a 45
Transición Vítrea C 62
PROPIEDADES DE RESILENCIA AL AMBIENTE
Paso del Tiempo Aceptable
Oxidación Bueno
Ozono Pobre
Radiación Aceptable
Agua Excelente
Acido Bueno
Álcalis Bueno
Gasolina, Aceite, Etc. Pobre
Benceno, Tolueno, Etc. Pobre
Disolventes grasientos Pobre
Alcohol Bueno
Fluidos Hidráulicos Silicatos Pobre
Fluidos Hidráulicos Fosfatos Pobre
PROPIEDADES SUBJETIVAS
Sabor Aceptable
Olor Aceptable
No Manchadizo Aceptable
Adhesión a Materiales Rígidos Excelente
Fuente: www.adhesivosmontcau.com

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Tabla 4. Características de la Silicona
Polímero Base Nombre Común SILICONA
Nombre Químico POLISILOXANO
SAE J200-Clasificacion ASTM D-2000 FC, FE, GE
ASTMD-735, SAE J-14: MIL-R-3065 TA
Designación ASTM(D14 18) VMQ
Peso Gr/cm3 0,972
Elastómero Base Peso Especifico 0,95
PROPIEDADES FISICAS
Resiliencia ACEPTABLE
Carga de Rotura Kg/cm2 35-105
Alargamiento en la Rotura 100-800
Deformación Remanente EXCELENTE
Aislamiento Eléctrico EXCELENTE
Impermeabilidad Gas ACEPTABLE
Impacto ACEPTABLE
Abrasión ACEPTABLE
Desgarro ACEPTABLE
Crecimiento de Grietas ACEPTABLE
TEMPERATURA
Carga de Rotura Kg/cm2 120-200 C 35-7
Alargamiento % 120-200 C 150-50
Resistencia a la llama BUENO
Endurecimiento C (-60 a -115)
Transición Vítrea C (-67 a -115)
Paso del Tiempo EXCELENTE
Oxidación EXCELENTE
Ozono EXCELENTE
Radiación EXCELENTE
Agua EXCELENTE
Acido ACEPTABLE
Álcalis ACEPTABLE
Gasolina, Aceite, Etc. POBRE
Benceno, Tolueno, Etc. POBRE
Disolventes grasientos POBRE
Alcohol BUENO
Fluidos Hidráulicos Silicatos POBRE
Fluidos Hidráulicos Fosfatos ACEPTABLE
Sabor BUENO
Olor BUENO
No Manchadizo EXCELENTE
Adhesión a Materiales Rígidos ACEPTABLE

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Tabla 5. Características del Nitrilo
Polímero Base Nombre Común NITRILICO
Nombre Químico ACRILONITRILO BUTADIENO
SAE J200-Clasificacion ASTM D-2000 BF, BG, BK
ASTMD-735, SAE J-14: MIL-R-3065 SB, SA
Designación ASTM(D14 18) NBR
Peso Gr/cm3 0,972
Elastómero Base Peso Especifico 1
PROPIEDADES FISICAS
Resiliencia BUENO
Carga de Rotura Kg/cm2 175
Alargamiento en la Rotura 500
Deformación Remanente BUENO
Aislamiento Eléctrico POBRE
Impermeabilidad Gas BUENO
Impacto ACEPTABLE
Abrasión BUENO
Desgarro BUENO
Crecimiento de Grietas BUENO
TEMPERATURA
Carga de Rotura Kg/cm2 120-200 C 42-7
Alargamiento % 120-200 C 50
Resistencia a la llama POBRE
Endurecimiento C (-15 A -23)
Transición Vítrea C -40
Paso del Tiempo BUENO
Oxidación BUENO
Ozono POBRE
Radiación ACEPTABLE
Agua BUENO
Acido BUENO
Álcalis BUENO
Gasolina, Aceite, Etc. EXCELENTE
Benceno, Tolueno, Etc. BUENO
Disolventes grasientos ACEPTABLE
Alcohol EXCELENTE
Fluidos Hidráulicos Silicatos ACEPTABLE
Fluidos Hidráulicos Fosfatos POBRE
Sabor ACEPTABLE
Olor BUENO
No Manchadizo BUENO
Adhesión a Materiales Rígidos EXCELENTE

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De la información contenida en las tablas, se observa que los tres materiales
pueden ser utilizados para realizar el cuerpo de los anillos o los recubrimientos,
ya que poseen propiedades de resistencia mecánica, al ambiente, y a la
temperatura aceptables y excelentes, y la parte más importante es que poseen
una dureza Shore baja.
Como es necesario realizar algún recubrimiento en los anillos, se puede utilizar el
procedimiento de vulcanización, el cual se muestra a continuación.
2.2.4 Proceso de Vulcanización
Vulcanizar el caucho es el tratamiento por medio del que se combina con azufre y
otros compuestos. Bajo la acción del calor apropiado junto con el azufre, y a veces
de la luz, el caucho sufre profundas modificaciones. Una lámina de caucho de 2
milímetros de espesor sumergido en un baño de azufre fundido a 120 ° C., se
hincha ligeramente y la goma entra en combinación con el azufre produciéndose la
vulcanización. Elevando la temperatura entre 1300 y 1400 C., y manteniendo el
tratamiento entre 30 y 40 minutos, el aspecto y las propiedades del caucho se
modifican, la substancia toma un color gris amarillento, su elasticidad aumenta
considerablemente con la particularidad de que el frío no la anula como sucede
con el caucho crudo (www.quiminet.com/.../arvcdzgtvcdadvc-el-proceso-de-
vulcanizacion-del-hule.htm)
Este fenómeno conocido con el nombre de vulcanización, puede producirse a
diversas temperaturas comprendidas entre el punto de fusión del azufre y los
160°C. La vulcanización se produce más rápidamente a esta última temperatura,
pero la experiencia ha demostrado que los mejores resultados son los obtenidos
cuando se vulcaniza a 120°C., lo que exige en cambio prolongar por más tiempo la
operación(www.quiminet.com/.../ar_vcdzgtvcdadvc-el-proceso-de-vulcanizacion-
del-hule.htm).
Sí se prolonga la operación de vulcanizado elevando la cantidad de calor entre
150° y 160° por algunas horas entonces se obtiene un nuevo producto, en el cual
la elasticidad ha desaparecido y el aspecto del caucho se ha modificado;
presentando una apariencia pardo oscura, y en cierto grado quebradizo
(www.quiminet.com/.../ar_vcdzgtvcdadvc-el-proceso-de-vulcanizacion-del-
hule.htm).
El grado de vulcanización del caucho pende de varios factores, tales como el
tiempo que dura el tratamiento, la temperatura, la presión y la cantidad de azufre
agregado. Parece ser que el fenómeno de la vulcanización es el resultado de una
verdadera combinación química en la que el caucho admite varios grados de
combinación con el azufre hasta alcanzar la sobre saturación
(www.quiminet.com/.../ar_vcdzgtvcdadvc-el-proceso-de-vulcanizacion-del-
hule.htm).

33
Después de vulcanizado, el caucho se modifica completamente, siendo insoluble
en los solventes comunes y soportando elevadas temperaturas, toleradas por la
materia orgánica antes de su carbonización, sin perder sus propiedades de
elasticidad (www.quiminet.com/.../ar_vcdzgtvcdadvc-el-proceso-de-vulcanizacion-
del-hule.htm).
2.3 ELABORACION DE BOSQUEJOS
Se dio inicio a la presentación de posibles diseños, para ello, se realizaron 10
primeros bosquejos a mano alzada, de acuerdo a los requerimientos de
calibración de diámetro y medición de longitud del bananito, se describieron
posibles ventajas y desventajas de los bosquejos, y posteriormente se pasó a
seleccionar 3 de estos los cuales poseían mayores ventajas que los otros
modelos para realizar el modelado y prototipo. El criterio de selección consistió en
evaluar las siguientes características:
Para cada característica se le dio una valoración de (1) a (7) de menor a mayor
de acuerdo a su importancia. Después de seleccionarse los tres bosquejos, se
procedió a realizar el modelo, para el cual se utilizó el programa Solid Edge.
2.4 EVALUACION DE BOSQUEJOS
En icononzo se realizó una serie de preguntas a los operarios acerca de la
utilización de la herramienta, diámetros de calibración, rango de peso de los
bananitos, cantidad de bananitos empacados, qué tipo de herramienta se
necesita. Con las cuales se afianzó el objetivo inicialmente propuesto
Para la visita a la planta, los bosquejos, se construyeron los prototipos en madera,
y se presentaron a los operarios potenciales para que los evaluaran y establecer
así las ventajas y desventajas que cada uno ofreciera. Se obtuvieron los
siguientes resultados:
2.4.1 Prototipo 1. Esta propuesta se puede observar en la Figura 11. Consiste en
unos anillos montados sobre una guía base que va soportada sobre un mango de
sujeción. Las principales ventajas de este prototipo radican en que es compacto ya
que se pueden tomar las medidas simultáneas de calibración y longitud. El tamaño
es aceptable para su finalidad.
Tiene como principal desventaja que requiere el permanente uso de una de las
manos del operario, por lo cual el operario pierde tiempo y movilidad en el
momento de utilizar la herramienta. Como segunda desventaja se tiene el
diámetro externo de los anillos, pues es muy grande y esto dificulta tomar la
medida, pues los gajos están compuestos por tres o cuatro dedos que están
unidos.

34
A pesar de ser estéticamente llamativo la fabricación es compleja. Su cabo o
mango se puede fabricar en torno, o también está la posibilidad de fabricarlo en
fundición por medio de moldes. Los anillos y su base se pueden fabricar en chapa
y en la máquina fresadora.
Su peso de acuerdo al material en el que se fabrique puede ser alto e incómodo
para el operario. Como se opera con una de las manos, cabe la posibilidad de que
el operario se descuide y la deje caer, con las respectivas consecuencias.
2.4.2 Prototipo 2. Consiste en una placa base unificada con mango de sujeción
donde va dibujada la regla, allí se soportan los anillos de calibración, tiene la
ventaja de poder operarse sin necesidad de sujetarlo con las manos, ya que se
puede soportar en una superficie plana como una mesa o el piso, por lo tanto
resuelve el problema anterior. En su geometría posee orificios mecanizados, lo
cual alivia el peso, y por tanto puede ser liviano. Es rígido y puede soportar
operación fuerte. El proceso de fabricación es sencillo ya que en su carta
tecnológica posee operaciones en fresa y torno. Su principal desventaja radica en
el espesor de los anillos, lo cual dificulta la toma del diámetro dado que el bananito
viene en gajos, no de manera individual. De otra parte el operario tiene que
realizar una operación adicional para encontrar la longitud del bananito. Ver fig.
12. No es compacto, por el cabo de sujeción que lleva es un poco largo lo cual
puede constituir una desventaja.
Figura 11. Prototipo 1

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2.4.3 Prototipo 3. Este prototipo, presentado en la Figura 13., consta de tres
semianillos que van soportados en una base maciza en la cual esta dibujada la
regle de medida de longitud. Tiene como principales ventajas los materiales de
fabricación y el proceso de fabricación. Su base se puede fabricar en un material
metálico de baja densidad o un polímero para disminuir su peso. Su proceso de
fabricación es sencillo. Adicionalmente es compacto ya que la regla es lo
suficientemente visible para no realizar cálculos mentales de la longitud; como los
anillos son de media circunferencia hay un perímetro de contacto menor con el
fruto por lo cual el maltrato puede ser menor.
Como desventajas se tiene que dada la geometría de los anillos, el bananito
tiende a resbalarse y deslizarse hacia arriba y no se sitúa en el centro del semi-
anillo, lo cual dificulta la medición. En el caso de una fruta lo suficientemente
gruesa hay que forzar el bananito hacia abajo para poderlo calibrar, con el
respectivo maltrato del mismo.

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Los tres prototipos presentan el problema de no poder establecer la distancia
apropiada entre los dos anillos ya que en el momento de tomar la medida de la
fruta, no se puede calibrar en ambos anillos. Esto se debe a que los anillos se
encuentran muy cerca entre sí. Por lo tanto se tomó la decisión de diseñarlo con
anillos móviles.
Después de la evaluación de los tres primeros prototipos, se tiene una base para
empezar con un nuevo diseño con características mejoradas una de ellas radica
en los anillos calibradores deben tener un recubrimiento en un material que posea
una dureza baja.
2.5 SELECCIÓN DE LOS ANILLOS CALIBRADORES
Se realizaron varias propuestas de anillos calibradores pera llegar a un diseño
final óptimo. A continuación se describen las diferentes propuestas:
2.5.1 Primer Diseño: la base es una chapa la cual va doblada a 360 grados con el
fin de dejar una ranura por la cual se inserta en el cuerpo de la herramienta para
sujeción. El anillo interior va recubierto con un polímero que posee una dureza
shore A baja (40-60), posee cuatro orificios ubicados cada 90 grados en el
espesor del anillo, los cuales son utilizados para alinear los anillos. Los anillos son
completamente cerrados, y tienen un diámetro exterior grande lo cual se convierte
en una desventaja ya que en al momento de calibrar la fruta, esta se encuentra en
manos de cuatro bananos por lo que genera incomodidad y puede desprender el

37
banano de los otros tres y maltratarlos. Por otra parte debido a que el anillo es
totalmente cerrado maltrata el contorno del bananito. Se encuentran problemas de
fabricación en el momento de recubrir el anillo interior. En el cuerpo, el dobles de
360 grados con el espacio también genera complicaciones porque para fabricarlo
se debe tener en cuenta el dobles del anillo. Por estos motivos se descarta este
diseño debido a que posee problemas significativos
2.5.2 Segundo Diseño: Se formularon simultáneamente con el primer diseño y no
se tuvo en cuenta los problemas del diámetro exterior grande ni las aristas
pronunciadas. Para la sujeción de los anillos sobre el soporte o base no se puede
realizar por soldadura por que lleva un recubrimiento con el polímero seleccionado
anteriormente.
Son bastante sencillos y su simplicidad de fabricación es bastante clara. Para
fabricar estos anillos se utiliza un alma de acero, y sobre esta se realiza el
recubrimiento del polímero
2.5.3 Tercer Diseño: En el tercer diseño ocurre el problema de sujeción sobre la
base igual que el diseño anterior, no hay un soporte a la base definido, y es
complicado hacerlo por soldadura dado el recubrimiento. También hay un
problema debido a que el semianillo no permite tomar la medida real de la fruta ya
que el bananito tiende a desplazarse hacia arriba. Con este diseño se solucionó el
problema de maltrato alrededor de toda la superficie ya que hay un perímetro
mucho menor en contacto con la fruta. Para la fabricación se tiene un alma de
acero en la cual se realiza el recubrimiento del polímero, igual que el diseño
anterior.
2.5.4 Cuarto Diseño: En el cuarto diseño se tiene una base sobre la cual se
realiza un recubrimiento con un polímero. Ver fig.14. Se utiliza un escalón para
soportar el caucho y evitar que se resbale, se mejora el problema de maltrato
sobre toda la superficie ya que los anillos no son completos, tienen un ángulo de
abertura de 40 grados por la cual se puede aliviar la fruta en caso de realizar un
sobresfuerzo. Debido a que se necesita un escalón para soportar el polímero, el
diámetro exterior de los anillos es grande y hay una superficie de la base que no
tiene recubrimiento y posee aristas pronunciadas, estas pueden generar maltrato a
la fruta y a los otros bananos de la mano.

38
Figura 14. Cuarto diseño
2.5.5 Quinto Diseño: Se presenta un diseño en el cual se toma la medida de los 4
bananos simultáneamente. Lo que se hace es acomodar las cuatro frutas dentro
de un anillo. Posee la ventaja de ofrecerle agilidad al proceso en el momento de
tomar la medida ya que se realiza cuatro operaciones en una. Por otra parte posee
una desventaja grande ya que no es fácil encontrar un rango de medida coherente
para las cuatro frutas, cabe la posibilidad de tomar una mano de cuatro bananos
muy grandes o muy pequeños. Además tiene mayor nivel de maltrato sobre la
fruta debido a que los bananitos se encuentran juntos y se dañarían entre ellos.
2.5.6 Sexto Diseño: El sexto diseño, Figura. 15., presenta las mejoras realizados
a través de todos los 5 diseños anteriores. Básicamente consiste en una base
doblada a un ángulo de 90 grados, esta base pose guías de 15 milímetros en las
cuales va sujeto un tornillo que fija el anillo calibrador a la base, lo que permite
desplazar al anillo de forma longitudinal. Sobre esta base va soportado un anillo
alma que posee un calibre de 2 milímetros, este aro posee un recorrido angular de
280 grados lo que infiere que no es totalmente cerrado, y evita el contacto
perimetral de todo el anillo sobre toda la superficie circular de la fruta y por tanto
soluciona este problema, este aro va a servir como base para realizar el
recubrimiento con el elastómero seleccionado anteriormente, aquí se soluciona
otro de los problemas que se presentaba con los anillos anteriormente propuestos
en donde se tenía un diámetro exterior bastante grande con aristas pronunciadas
que incomodaban y maltrataban los otros bananos que están sujetados a la misma
mano o gaja. En el momento de realizar el recubrimiento uniformemente sobre

39
toda el alma, se encuentra un diámetro exterior mínimo el cual puede ser
modificado, teniendo en cuenta el criterio de deflexión del alma.
Figura 15. Sexto diseño
2.5.7 Diseño unificado Anillos y base: Se realiza otra propuesta de herramienta
en la cual se va a unificar los anillos calibradores escogidos, la propuesta consiste
en una base en donde se va a mecanizar una guía con una fresa cola de milano
con el fin de realizar un canal de deslizamiento. Por otra parte se propone
construir una regla móvil que se deslice sobre la guía de la base, esta regla tiene
un tope en uno de sus extremos y en el otro lleva un resorte de extensión que va
fijado a la base. La idea del tope y el resorte consiste en que cuando un objeto
realice una fuerza sobre el tope en dirección contraria a la del resorte, el resorte
impida parcialmente el movimiento, y cuando termine de aplicarse la fuerza sobre
el tope, la regla regrese a su sitio inicial, de este modo mientras se está realizando
el procedimiento de calibración de las frutas simultáneamente se está tomando la
medida de longitud del bananito. Ver fig. 15.
2.6 SELECCIÓN DE DISEÑO PARA MECANIZAR.
La sexta propuesta se seleccionó como diseño final ya que cumple con todos los
requerimientos exigidos, y soluciona los diferentes problemas que se presentan
con los diseños anteriores.

40
Esta propuesta se evaluó, se aceptó y se inició el proceso de fabricación de un
modelo real con el que se pueda partir de una herramienta física para empezar a
rediseñar y llegar a un modelo mejorado y final.
Se inició realizando los planos de las piezas dibujadas, utilizando el software CAD
Solid Edge versión 20. Después de tener los planos se procedió a seleccionar el
material en el cual se maquinan las piezas. En este caso por facilidad de
maquinado, se puede utilizar aluminio o bronce, pero por cuestiones económicas
se selecciona el aluminio. El cálculo del resorte utilizado para el retorno de la regla
se presenta en el siguiente capítulo.
2.7 PROTOTIPO FABRICADO
En las siguientes fotos se observa el prototipo fabricado con las distintas partes
que lo componen. Ver fig. 16 a 20
Figura 17. Regla
Figura 16. Anillos Calibradores

41
Figura 18. Base
Figura 19. Herramienta
Figura 20. Herramienta Ensamblada

42
2.8 PRUEBA DE LA HERRAMIENTA
Para la prueba del prototipo inicialmente se realizó con gajas de bananito que ya
poseían un estado de maduración avanzado, esto causo que se desprendieran
fácilmente los bananitos, también permitió observar aproximadamente en que
zonas se maltrataba la fruta, y que tipo de daños generaban los anillos.
El sistema del resorte que se utilizo para el retorno de la regla a su estado inicial
funciono tal como se había propuesto, se utilizo lubricación seca o grafito en polvo
para disminuir el coeficiente de fricción entre las dos caras de aluminio (Regla-
Base), el resorte que inicialmente se diseño no se encontró comercialmente, y era
necesario fabricarlo, por tanto se busco un resorte con las características
geométricas similares, en cuanto a su constante se encontró que hay una
variación ya que el resorte es más rígido esto se tiene que comprobar con un
dinamómetro.
La distancia de separación entre los anillos fue ajustada probando varios
bananitos hasta encontrar una distancia que permita tomar la medida máxima y
mínima del cuerpo del bocadillo y evitar el problema de medición mínima de la
zona ecuatorial de la frutas.
En el momento de realizar las pruebas sobre las frutas se identificaron varios
problemas, los cuales se mencionan a continuación:
En primera instancia hay dificultad para visualizar la medida real del bananito. Ver
fig. 21. Como la mano consta de 4 o 5 frutos, estos tapan completamente la regla
y parte de la base, por tanto es difícil e incomodo para el operario ver la longitud
del bananito, es necesario corregir este problema ya que influye de forma negativa
en el rendimiento del proceso de selección.

43
Figura 21. Problema de visibilidad de la regla
También se observa que la base presenta incomodidad al ser completamente
horizontal en el momento de tomar la medida. El trabajador debe bajar la cabeza
para poder visualizar la medida. Si la base tuviera un grado de inclinación
adecuado, evitaría que se baje parcialmente la cabeza de esta forma se adquiere
una posición de trabajo más cómoda para el operario. Ver fig. 22.

44
Otro problema encontrado radica en la curvatura de los anillos. En el momento de
introducir el bananito en los anillos, estos poseen una curvatura, algunos más
pronunciados que otros, de manera que el ápice tiene un movimiento parabólico, y
es restringido por el tope que va en el extremo de la regla. Esto ocurre porque el
tope tiene un orificio circular en donde entra el ápice. Es necesario permitir el
movimiento parabólico de la fruta para permitir que la fruta ingrese totalmente y
sea calibrado por los anillos. Ver fig. 23.
También hay dificultad con el material de recubrimiento de los anillos, ya que la
silicona no permite parcialmente que haya deslizamiento uniforme sobre la
cáscara del banano, aparte, la superficie de la cáscara de la fruta contribuye con el
problema de deslizamiento del bananito sobre los anillos. Ver fig. 24
Figura 22. Problema de inclinación nula de la base
Figura 23. Problema de Curvatura de los bananitos

45
Figura 24. Problema de Fricción
2.9 PRUEBA DE DAÑOS SUPERFICIALES SOBRE LOS BANANITOS
Posterior a la evaluación inicial de la herramienta se realizaron pruebas con la
fruta. Se utilizaron 16 manojos de 4 bananitos, para calibrar por diámetro y
longitud, con el fin de realizar los procedimientos para verificar los daños
superficiales generados en el momento de utilizar la herramienta. Se esperaba
obtener marcas superficiales sobre la cáscara de bananito que indique el daño
causado por los anillos. Se llevó un registro fotográfico diario durante el proceso
de maduración de la fruta, con lo cual se podía hacer un seguimiento a la
evolución del daño superficial en la fruta en caso de que se presentase.
La prueba consistió en operar la herramienta aplicando la fuerza necesaria para
hacer pasar la fruta por los dos anillos, verificando la aparición de defectos
superficiales sobre el cuerpo del banano. Debido a que el bananito que se utilizó
en primera instancia poseía muchos defectos superficiales, fue bastante
complicado observar marcas superficiales con la geometría similar a la de los
anillos, la zona en la que es posible encontrar defectos es la que queda entre la
zona ecuatorial y el ápice del bocadillo, y es allí donde se esperaba encontrar el
mayor número de defectos superficiales. A continuación se muestran las fotos.
Las figuras están acompañadas de las respectivas tablas, 8 a 11., donde se
complementa la información con el tamaño de la fruta y la aprobación o rechazo
de la misma.

46
Muestra 1, 2, 3, 4
Día 1 Día 4 Día 7
Figura 25. Defectos superficiales
En las primeras muestras se obtuvieron los datos reportados en la Tabla 6.
Tabla 6. Datos Gaja 1
Gaja Fruta Longitud (cm) Aprobado Rechazado
1 1 10 X
2 9 X
3 NL X
4 9 X
Fuente: Autor

47
De la muestra número 3 no se tiene reporte de la longitud dado que la fruta no se
calibró porque estaba por fuera del diámetro aceptado. No ingresó por ninguno de
los 2 anillos. Ver fig. 25.
Las fotos muestran que durante el proceso de maduración no se presentan
marcas de anillos sobre la cáscara del bananito, pues los daños mecánicos que,
se observan estaban antes de pasar los bananitos por los anillos, esto se
corrobora con las fotos correspondientes al día 1. Estos daños son causados por
la manipulación durante el corte y durante el transporte.
Muestra 21, 22, 23, 24
}
Figura 26. Defectos Superficiales
6 21 NL X
22 NL X
23 9 X
24 10 X
Fuente: Autor
Los bananitos 21 y 22 fueron rechazados, ya que no pasaron por los dos anillos
de calibración. En estas muestras no se observan daños superficiales a parte de
los que ya poseían al momento de iniciar los ensayos Ver fig. 26.

48
Muestra 45, 46, 47, 48

49
12 45 9 X
46 9 X
47 9 X
48 9 X
Fuente: Autor
En la muestra 46 y 48 se observan pequeños defectos superficiales los cuales
pudieron ser causados por la herramienta, pero esta hipótesis es descartada al
observar las fotos del día 1, donde ya se observan estos daños. Ver fig. 27.
Muestra 57, 58, 59, 60

50
15 57 9 X
58 9 X
59 9 X
60 9 X
Fuente: Autor
De las pruebas realizadas anteriormente se observa que los anillos bajo
manipulación adecuada no genera daños superficiales sobre el bananito. Por tanto
se cumple el objetivo, que se había propuesto, el cual menciona desarrollar una
herramienta que no provoque daños a la fruta. Sin embargo el diseño se
complementará con mecanizados de redondeos sobre los bordes de la
herramienta, con el fin de evitar cualquier otra fuente de daño diferente a los
anillos.
2.10 REDISEÑO DE LA HERRAMIENTA
Posterior a las pruebas realizadas con la herramienta, se inició la etapa final de
rediseñar el prototipo construido. Para esto se tuvo en cuenta los problemas
encontrados inicialmente.
Problema de visibilidad. Para dar solución a este problema hay dos opciones, la
primera consiste en desplazar la regla en sentido transversal, y la segunda
consiste en desplazar los anillos de igual manera en sentido transversal. En los
diseños finales se plantean ambas soluciones, aparte de lo anterior se debe
aumentar el área donde se sitúa los números para aumentar la visibilidad de los
mismos.
Inclinación nula. La solución a este problema se planteó adaptando patas en los
extremos de la base que aumentan el ángulo de inclinación. Estas patas son
sujetadas a la base con tornillos.
Curvatura de los bananos. Para superar este problema ocasionado por la
curvatura de los bananos, se plantearon dos opciones. Una opción consiste en
montar los anillos calibradores en un soporte que se pueda mover 180 grados, en
las direcciones de x e y, para ello se plantea utilizar uniones de rotula hembra-
macho. La unión de rotula permite que los anillos se adapten al cuerpo del
bananito y no lo contrario, que ocurría con el diseño construido, en donde el
bananito se adaptaba a los anillos. La otra opción plantea que los anillos estén
separados transversalmente uno del otro, y se encuentren en una base rígida. Se
infiere que cambia la forma de calibrar la fruta ya que solamente se hace pasar el
bananito por uno de los anillos. Con esto se observa una ventaja grande ya que
no hay que forzar el bananito a entrar en dos anillos; y hacerlo pasar por uno solo

51
es muy sencillo y evita posibles riesgos de daño. Además se aprovecha el
conocimiento de los operarios, pues lo que se necesita es facilitarles el trabajo
cuando tengan un bananito que esté cerca a los extremos permisibles, es decir
que esté muy delgado o muy grueso. De tal manera que ellos solo tendrán que
hacer pasar el bananito por el anillo adecuado. Es decir si el bananito está muy
grueso utilizar el anillo de mayor diámetro, si el bananito pasa, aceptar el bananito.
En caso contrario si el bananito está muy delgado utilizar el anillo de menor
diámetro y si el bananito pasa, rechazarlo.
En el primer diseño el problema de fricción no se soluciona ya que los anillos se
encuentran uno detrás de otro, es posible utilizar algún aditamento para hacer que
el anillo recubierto con silicona deslice más fácil sobre el bananito, para el
segundo diseño no existe esta necesidad ya que solamente es necesario que
pase por un solo anillo, de esta forma no es forzada la fruta a entrar en el anillo.
No se encontró bibliografía de aditivos, talcos o químicos utilizados sobre la
silicona
3. DISEÑO FINAL
Teniendo en cuenta los problemas presentados el diseño anterior se rediseñó,
teniendo en cuenta las alternativas de solución planteadas, para obtener el
prototipo final. Se trabajó con el modelador de sólidos Solid Edge. A continuación
se describen las nuevas propuestas rediseñadas.
3.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS HERRAMIENTAS
El prototipo mostrado en las Figuras. 29 y 30 presenta varias mejoras en
comparación con el diseño construido. El desplazamiento de los anillos a un
extremo de la base ayuda a mejorar la visibilidad de la regla, también se aumentó
el área donde van situados los números de la regla. El tope de la regla fue
modificado desplazándolo a la posición de los anillos. Aunque esto último aumentó
la dificultad de fabricación por fresa, en caso de utilizar corte a láser o con chorro
de agua o corte con chorro abrasivo no se presenta dificultad. Se adaptaron patas
en los extremos de la base con el fin de aumentar el ángulo formado entre la base
y el suelo. Los anillos fueron situados a mayor altura para facilitar la calibración de
los bananitos con curvatura pronunciada. El espesor de la placa base y del tope se
disminuyó para reducir peso.
Dentro de las dificultades que presenta el diseño, se tiene la fabricación de las
rótulas, ya que es complicado maquinarlas e insertar dentro de ellas un resorte
para hacer que los anillos retornen a su posición inicial. La última pero no menos
importante desventaja radica en que comercialmente es imposible conseguir el
tamaño requerido, por lo cual fue descartada como diseño final.

52
Figura 29. Diseño de rotulas Vista isométrica
Figura 30. Diseño de rotulas Vista trimétrica

53
El prototipo final 2., en el cual los anillos están separados transversalmente uno
del otro, y se encuentren en una base rígida, como lo muestran las fig. 31,32 y 33.,
plantea que la herramienta sea utilizada, cuando se tenga la duda si el bananito
está o muy grueso o muy delgado. En el primer caso se hace pasar el bananito
por el anillo con el mayor diámetro, si pasa, el bananito es aceptado, si no es
rechazado. En el segundo caso se utiliza el anillo de menor diámetro, si el
bananito pasa por este anillo, es rechazado, si no es aceptado. El mecanismo
para medir la longitud de la fruta, no fue modificado, tan solo se aumentó el área
superficial donde van ubicados los números, para facilitar su lectura.
Figura 31. Diseño Anillos separados

54
Figura 32. Diseño Anillos separados Vista Iso
Figura 33. Diseño Anillos separados vista trimétrica.

55
Después de evaluar varias características de los prototipos anteriores se escoge
este prototipo como diseño final para construirlo, dado que posee el proceso de
fabricación con menos complejidad, unido a esto corrige los problemas existentes
en los prototipos anteriores, y tiene la ventaja de ser fácilmente manipulable para
los operarios. Ver anexo A.
3.2 CÁLCULO DEL RESORTE.
Para calcular el resorte se debe tener en cuenta las fuerzas que va a ejercer, la
constante y sus dimensiones. La fuerza mínima se deduce del peso de la regla.
Para encontrarla, se realiza un análisis cinético del mecanismo utilizado para
desplazar la regla.
Inicialmente se halla la masa de la regla, utilizando una balanza digital, se busca
en la literatura el coeficiente fricción ofrecido por el grafito en polvo.
𝒎𝒓𝒆𝒈𝒍𝒂 = 𝟒𝟖, 𝟒𝟏 𝒈𝒓𝒂𝒎𝒐𝒔 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟖𝟒 𝑲𝒈
𝝁𝒈𝒓𝒂𝒇𝒊𝒕𝒐 = 𝟎, 𝟏𝟐
𝒈 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝒎
𝒔𝟐
⁄
𝒇𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒆 = 𝒇𝒓𝒆𝒈𝒍𝒂 Ec. 1
Las ecuaciones 2 a 5 muestran la 2da ley de Newton, donde fuerza es igual a
masa por aceleración, pero en este caso la aceleración del cuerpo es cero, por
tanto
Se tiene:
∑ 𝒇𝒚 = 𝟎 → 𝑵 − 𝒎𝒈 = 𝟎 → 𝑵 = 𝒎𝒈 → 𝑵 = 𝟒𝟖, 𝟒𝟏𝒈 ∗ 𝟗, 𝟖𝟏 𝒎
𝒔𝟐
⁄ Ec. 2
∑ 𝒇𝒙 = 𝟎 → 𝒇𝒇 − 𝒇𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒆 = 𝟎 → 𝒇𝒇 = 𝒇𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒆 → 𝒇𝒇 = 𝝁𝑵 → Ec. 3
𝒇𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒆 = 𝝁𝒎𝒈 Ec. 4
𝒇𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒆 = 𝒇𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟏𝟐 ∗ 𝟎, 𝟎𝟒𝟖𝟒𝑲𝒈 ∗ 𝟗, 𝟖𝟏 𝒎
𝒔𝟐
⁄ = 𝟎, 𝟎𝟓𝟔𝟗𝟕 𝑵 Ec. 5
El resorte debe hacer una fuerza mínima de 𝟎, 𝟎𝟓𝟔𝟗𝟕 𝑵 para desplazar la regla,
utilizando grafito como lubricante. En el caso que se desee utilizar lubricante

56
líquido, se debe realizar nuevamente los cálculos para encontrar la nueva fuerza
ejercida por el resorte.
Para encontrar la fuerza máxima se utiliza un dinamómetro aplicando una fuerza
leve sobre este, ya que el bananito es una fruta superficialmente delicada por lo
tanto no se debe ejercer mucha fuerza para tomar la medida. En la ecuación 6 se
presenta esta fuerza.
𝒇𝒎𝒂𝒙 = 𝟎, 𝟑 𝑵 Ec. 6
Para realizar los cálculos del resorte se va a seguir un método propuesto por el
libro guía Diseño de Maquinas Robert L. Norton 6ta edición.
Dado que el resorte va a trabajar en un rango de fuerzas que oscila entre un
mínimo y un máximo a carga dinámica, se debe realizar un análisis detallado a
fatiga, en tensión y torsión tanto para las espiras como para los ganchos de
sujeción.
El resorte va alojado en un espacio, el cual tiene las siguientes medidas de
largo=27mm, ancho= 12mm y alto=4,5mm. por lo tanto las dimensiones del resorte
no debe superar en diámetro 4 mm y en longitud 22mm sin incluir los ganchos.
Se recomienda utilizar un índice de resorte que se encuentre en el rango de 4 a
12 para evitar complicaciones de diseño y funcionamiento. (Norton Diseño de
Máquinas 6ta edición)
Se va a realizar una muestra de cálculos inicial para mostrar el procedimiento que
se llevó a cabo en el diseño del resorte.
La ec. 7 muestra la relación entre el diámetro mayor del resorte y el diámetro
menor de la espira, que es igual al índice del resorte.
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝐷 = 3 𝑚𝑚
𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑡𝑒 𝐶 = 6
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑑 =
𝐷
𝐶
=
3
6
= 0,5𝑚𝑚 = 0,0005𝑚 Ec. 7
Factor de cortante: En la ec. 8 se muestra el valor de Ks el cual relaciona el índice
del resorte, para tener en cuenta en el esfuerzo cortante.
𝑘𝑠 =
2𝐶+1
2𝐶
=
(2∗6)+1
(2∗6)
= 1,083 Ec.8
Precarga: Es el valor de pretensión que se debe dar al resorte para que mantenga
su longitud inicial, la ec. 9 y 10 muestran el esfuerzo cortante superior e inferior, el

57
cual es dependiente del índice del resorte, utilizando estos dos esfuerzos se
encuentra el esfuerzo cortante promedio, mostrado en la ec. 11, utilizando este
último junto con otros parámetros geométricos se encuentra el valor de la precarga
que debe tener el resorte, ec. 12.
𝜏𝑖𝑖𝑛𝑓 = −4,231𝐶3
+ 181,5𝐶2
− 3387𝐶 + 28640 = 13938,1 𝑃𝑠𝑖 Ec.9
𝜏𝑖𝑠𝑢𝑝 = −2,987𝐶3
+ 139,7𝐶2
− 3427𝐶 + 38404 = 22226,008 𝑃𝑠𝑖 Ec. 10
𝜏𝑖𝑝𝑟𝑜𝑚 =
22226,008+13938,1
2
= 18082,054 𝑃𝑠𝑖 ∗ 6894,8 = 124,67𝟐145 𝑀𝑝𝑎 Ec. 11
𝐹𝑖 =
𝑑3𝜏𝑖𝜋
𝑘𝑠8𝐷
=
(0,00053𝑚)(12467𝟓x103𝑃𝑎)(𝜋)
(1,083)(8)(0,003𝑚)
= 1,88𝑁 Ec. 12
A continuación se presenta la tabla 7 donde se muestra todas las variables que
intervienen en el proceso de diseño del resorte. Se realizó una hoja de cálculo en
Excel, dado que el proceso necesita realizar iteraciones constantemente para
encontrar un valor adecuado de los diferentes factores de seguridad que se
presentan.
Se utilizan las propiedades del alambre de piano con clasificación ASTM A228 o
SAE 1085 (Diseño de máquinas R. L. Norton 6ta Edición).
Dentro de la tabla se encuentran los siguientes parámetros desconocidos
importantes:
Fuerza Alternante: Es el valor de la fuerza que varía desde compresión hasta
extensión, en este caso solo se tiene fuerza de extensión, dado que no son
esfuerzos cíclicos con periodicidad alta este esfuerzo no es importante para el
diseño a fatiga del resorte.
Factor de seguridad a la fatiga por torsión: Se observa que el resorte diseñado
cumple con el factor de seguridad a torsión tanto en el cuerpo como en el gancho
ya que es mayor que 1.
Factor de seguridad a la fatiga por flexión: El resorte cumple con el factor de
seguridad por flexión porque es mayor que 1.
Los diferentes factores como Ks , Kw ,kb ,Kw2 son utilizados para modificar los valores
de esfuerzos a cortante y flexión, son encontrados utilizando tablas y ecuaciones
sacados de libro guía (Diseño de maquinas R. L. Norton 6ta edición).

58
Tabla 10. Cálculos de resorte
Nombre Variable Unidades Valor
Esfuerzos en el cuerpo del resorte
Fuerza Máxima Fmax N 0,3
Fuerza Mínima Fmin N 0,056
Fuerza Media Fmed N 0,178
Fuerza Alternante Falt N 0,122
Longitud de Trabajo Lt mm 25
Índice del Resorte C 12,5
Diámetro Máximo D m 0,002
Diámetro Mínimo D m 0,00016
Diámetro Mínimo D mm 0,16
Factor A MPa 2153,5
Factor B -0,1625
Esfuerzo Ultimo a Tensión Sut Mpa 2900,516758
Resistencia al cortante Sus Mpa 1934,644677
Limite elástico al cortante Sys Mpa 1305,232541
Resis. a la fatiga Tot. Alternante Sew Mpa 310 Res. Sin
Granallar
Limite de Res. Tot. Alternante Ses Mpa 247,1712812
Fac. de seg a la fatiga a torsión Nfs 1,484720334 Funciona
Esf. Cortante Precarga Sup. τisup Psi 11560,64063
Esf. Cortante Precarga Inf. τiinf Psi 6398,203125
Esf. Cortante Prom. τiprom Psi 8979,421875
Esf. Cortante Prom. τiprom MPa 61,91131794
Fac. de concentración esf. Ks 1,04
Fac. Wahl Kw 1,065217391
Precarga Fi N 4,7877E-08
Condición
Cortante Min τmin Mpa 72,41532977
Cortante Max τmax Mpa 387,9392666
Cortante Med Nominal τmno Mpa 230,1772982
Cortante Alt Nominal τanom Mpa 161,5873004
Fac. de concentración esf kb 1,063478261

59
Esfuerzos en los extremos de los
ganchos
Esfuerzo alternante σa Mpa 328,7147369
Esfuerzo medio σm Mpa 479,6001899
Esfuerzo mínimo σmin Mpa 150,885453
Resis. a la fatiga por tensión Se Mpa 428,3731044
Fac. de seg a la fatiga a flexión Nfb 1,076410828 Funciona
Esf. A la torsión en el gancho
Factor supuesto C2 5
Factor Kw2 1,1875
Esf. Cortante en el gancho Alt. τBa Mpa 180,136863
Esf. Cortante en el gancho Med. τBm Mpa 262,8226362
Esf. Cortante en el gancho Min. τBmin Mpa 82,68577317
Fac. de seg. a la fatiga a torsión Nfs 1,171144454 Funciona
Fuente: Autor
3.3 MATERIALES PARA FABRICACIÓN
La selección correcta de los materiales utilizados para aplicaciones en alimentos
es un trabajo importante ya que de ello depende la durabilidad de la herramienta y
la conservación de todas las propiedades de la fruta. La silicona que se utilizó en
el recubrimiento de los anillos es compatible para trabajar con alimentos debido a
sus propiedades neutras.
Dentro de los materiales utilizados para el trabajo con alimentos se encuentra en
el mercado gran variedad que van desde aceros aleados (Ferrosos) pasando por
aluminios (No Ferrosos), hasta plásticos (Sintéticos). En este caso es posible
utilizar Acero Inoxidable Ferrítico 430 o 442 el cual posee alta resistencia
mecánica, ductilidad moderada, además del bajo costo y alta resistencia a la
corrosión. Desde el punto de vista de fabricación también es posible mecanizar
este acero, aparte se tiene que la herramienta no soporta esfuerzos de flexión,
torsión, cortante, o combinados por tanto es otro punto a favor.
Como segunda opción se tiene un material polimérico termo plástico o
termoestable, el poliacrilonitrilo (PAN) es usado frecuentemente en la industria de
alimentos, el problema se establece en la fabricación, ya que por mecanizado es
complicado realizar buenos acabados superficiales, una de las formas para
trabajarlo es por inyección en el cual es obligatorio utilizar un molde para realizar
la preforma por este motivo el costo de fabricación es alto, debido a su neutralidad

60
y alta resistencia a la corrosión es un posible material para utilizarlo en el diseño
final.
Por otra parte se tiene los materiales metálicos no ferrosos como es el Aluminio,
Bronce, Latones y Cobre, de los cuales se destaca el aluminio en la industria de
alimentos dada su nula reacción con ellos y alta resistencia a la corrosión en
ambientes con humedad relativa alta, además posee facilidad de maquinado por
su dureza baja, y bajo costo de fabricación.
Tabla 11. Características de los materiales
Material Costo Resistencia
a la
Corrosión
Costo de
Fabricación
Facilidad
de
Fabricación
Propiedades
Mecánicas
Acero Inoxidable
Ferritico
Alto Alto Medio Media Alta
Polímero PAN Bajo Alto Alto Bajo Baja
No ferroso Aluminio Medio Alto Bajo Alto Media
Fuente: Autor
Por tener alta resistencia a la corrosión, facilidad y bajo costo de fabricación,
principalmente, es conveniente utilizar el Aluminio como material de fabricación
para la base, por otra parte en la bibliografía se encontró una tabla de coeficientes
de fricción entre distintos metales.
Tabla 12. Coeficientes de Fricción
Coeficientes de fricción de algunas combinaciones de materiales
Elástico Dinámico
Material 1 Material 2 Seco Lubricado Seco Lubricado
Acero Dulce Acero Dulce 0,74 0,57 0,09
Acero Dulce Hierro Fundido 0,183 0,23 0,133
Acero Dulce Aluminio 0,61 0,47
Acero Dulce Latón 0,51 0,44
Acero Duro Acero Duro 0,78 0,11-0,23 0,42 0,03-0,19
Acero Duro Babbitt 0,42-0,70 0,08-0,25 0,34 0,06-0,16
Teflón Teflón 0,04 0,04
Acero Teflón 0,04 0,04

61
Hierro Fundido Hierro Fundido 1,1 0,15 0,07
Hierro Fundido Bronce 0,22 0,077
Aluminio Aluminio 1,05 1,4
Fuente: Mechanical Engineers Handbook, McGraw Hill
De la tabla se observa que es conveniente utilizar una combinación de acero con
aluminio, ya que posee un coeficiente de fricción bajo en comparación de aluminio
con aluminio, hay que tener en cuenta que los coeficientes son elásticos en
lubricación seca, por esto son tan altos. Para el uso en la herramienta se utilizan
los coeficientes de fricción dinámicos con lubricación, ya que la regla va a estar en
movimiento. En la parte inicial del documento se realizaron los cálculos
preliminares para el resorte en donde se utilizó un coeficiente de fricción entre Al y
Al de 0,12 dado por el grafito, el cual es un coeficiente según la tabla 12 bajo se
puede mecanizar la regla en una aleación de acero duro, por recomendación de la
tabla, pero por economía y facilidad de maquinado, es conveniente fabricar la
regla en aluminio. Por este motivo se fabrica en aluminio.
3.4 ENSAMBLE Y AJUSTE
En las figuras siguientes se observan las piezas después del procedimiento de
mecanizado.
En el procedimiento de ensamble fueron tomadas todas las partes de la
herramienta y se unificaron teniendo como resultado el diseño final.
Figura 34. Herramienta sin Ensamblar

62
Figura 35. Herramienta ensamblada vista lateral
Figura 36. Herramienta ensamblada vista Frontal.
Figura 37. Herramienta ensamblada con inclinación.

63
3.5 EVALUACION
Figura 38. Herramienta Final.
En el momento de probar la herramienta fue observada la solución de los distintos
problemas que se mencionaban en los diseños anteriores, como la poca visibilidad
de la longitud, los daños superficiales hacia la fruta, la curvatura de los bananitos,
la inclinación nula de la placa base, etc.
Por tanto se acepta el diseño planteado con el cual se cumplen los objetivos
propuestos en el rediseño de la primera herramienta.
Figura 39. Fruta no Aprobada.

64
En la figura 39 se observa una gaja de bananitos que sobrepasa las dimensiones
aceptadas para exportación, el diámetro no es aprobado ya que no es posible
tomar la medida ecuatorial de la fruta, la longitud no es aprobada dado que la
dimensión del bananito sobrepasa los 14 cm.
En la figura 40 se observa una fruta que fue rechazada debido a que su longitud
es menor que 9 cm.
Figura 41. Fruta No Aprobada

65
En la figura 41 se observa la fruta que esta dentro del rango de longitud aceptable
pero no es aprobado por la medida del diámetro dado que pasa por el anillo
menor.
En la figura 42 y 43 se observa la fruta que posee los rangos de medida dentro de
los aceptables, longitud de 10 cm, diámetro aprobado.

66
.
CONCLUSIONES
1. Se logró el diseño de una herramienta práctica y objetiva para la clasificación
del bananito bajo los parámetros de longitud y diámetro, sin ocasionar daños
mecánicos al bananito que demeriten su calidad.
2. El implemento desarrollado tiene como fin garantizar el cumplimiento de los
estándares de calidad exigidos por el mercado en cuanto a longitud y diámetro,
pero no debe ser utilizada permanentemente, sino en casos en que se tenga duda
sobre las características del bananito a este respecto. Pues de lo contrario
retrasaría el proceso de acondicionamiento, haciéndolo muy lento .
3. Durante el proceso de diseño de una máquina o herramienta es necesario
tener la estandarización de los materiales ya que se debe tener en cuenta
láminas, tornillos, y demás insumos ofrecidos por los comerciantes, dado que a la
hora de comprarlos normalmente no se encuentran en el mercado.
4. Las diferentes asociaciones organizadas por los agricultores generalmente en
zonas rurales, necesitan tecnificar sus cultivos, por tanto es necesario promover el
apoyo por parte de universidad e industria hacia estos grupos, pues con
herramientas como estás se logra solucionar problemas que limitan su desarrollo.
5. El material utilizado en el recubrimiento del anillo fue clave para el cumplimiento
del objetivo, pues, de acuerdo a las pruebas tomadas se observa que no genera
ningún daño superficial sobre la cáscara del bananito.
6. A la hora de diseñar se encuentra que no es necesario realizar diseños
complicados en su fabricación, ni en sus cálculos, sino aplicar las bases de la
ingeniería para ofrecer soluciones sencillas y prácticas que puedan estar al
alcance de quienes las necesitan. En algunos casos las soluciones más sencillas
pueden llegar a grandes resultados.

67
BIBLIOGRAFIA
AGRONET. Biblioteca Digital Agropecuaria. Obtenido de Internet:
http://www.agronet.gov.co/www/docs_agronet/20061011101155_Bananito%20junij
.pdf. Consultado 17 de Junio 2010.
EUGENE A. AVALLONE. Mechanical Engineers Handbook, McGraw Hill. 1792 p.
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http://www.machinist-materials.com/hardness.htm. Consultado 4 de Abril de 2010
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68
ANEXO A
Planos para la construcción de la herramienta

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