Maestría en Ingeniería Mecánica · 2023
Determinación de propiedades físico-mecánicas de frutos de café de diferentes variedades
Este proyecto se enfoca en determinar experimentalmente propiedades físico-mecánicas de los frutos de café para el diseño de despulpadoras. Se determinó la firmeza, fuerza de fractura y coeficiente de fricción cinética, y cómo dependen de factores como el tamaño de los frutos, la orientación de compresión y la variedad del café. Se llevaron a cabo pruebas de compresión por placas paralelas y análisis de varianza. Los resultados muestran que la fuerza de fractura depende del tamaño, la variedad del fruto y la orientación de compresión, mientras que la firmeza es dependiente de la variedad y el coeficiente de fricción no demuestra dependencia de la variedad.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 12
- Planteamiento del problemap. 12
- Antecedentesp. 14
- Resistencia del fruto de café a ser despulpadop. 14
- Ensayo de firmeza por medio de punzonadop. 15
- Ensayo de firmeza por medio de compresión con placas paralelasp. 16
- Ensayo de fricción cinéticap. 17
- Objetivosp. 18
- Objetivo generalp. 18
- Objetivos específicosp. 18
- Materiales y Métodosp. 19
- El cafép. 19
- Estructura del fruto de cafép. 19
- Variedades de café Arábicap. 19
- Variedades de café Canephorap. 20
- Madurez del café a partir del colorp. 20
- Orientación del fruto de cafép. 21
- Aproximación del volumen del fruto de cafép. 22
- Diseño de experimentosp. 22
- Objetivos del Diseño de Experimentosp. 22
- Elementos Clave del Diseño de Experimentosp. 22
- Aplicaciones del Diseño de Experimentosp. 22
- El Diseño Factorial en el Diseño de Experimentosp. 23
- Factores y nivelesp. 23
- Efectos principales en el diseño factorialp. 24
- Paretop. 24
- El Análisis de Varianza (ANOVA) en el Diseño de Experimentosp. 24
- Regresión lineal por mínimos cuadradosp. 25
- Prototipo para ensayos de compresiónp. 26
- Celda de cargap. 27
- Encoder lineal por alambrep. 28
- Prototipo para prueba de fricción cinéticap. 29
- Osciloscopiop. 30
- Celda de cargap. 27
- Diseño de experimento de compresión por placas paralelasp. 32
- Descripción del fenómeno de estudiop. 32
- Definición de los Factores y Nivelesp. 32
- Tamaño de los frutos de cafép. 32
- Orientación de los frutos de cafép. 32
- Grado de madurez del frutop. 33
- Variedad de cafép. 33
- Tamaño de muestrap. 34
- Diseño factorial completop. 34
- Descripción paso a paso del experimentop. 35
- Recolección de Muestras de Cafép. 35
- Almacenamiento y Transportep. 35
- Selección por Colores y Tamañop. 36
- Medición y separación por tamañop. 36
- Asignación Aleatoria de Frutos por Tamaño y Orientaciónp. 36
- Compresión del Frutop. 36
- Realización de la Compresiónp. 36
- Registro de Datosp. 37
- Limpieza y Preparación para el Siguiente Frutop. 37
- Diseño de experimento de fricción cinéticap. 38
- Descripción del fenómeno de estudiop. 32
- Definición de los Factores y Nivelesp. 32
- Tamaño de muestrap. 34
- Descripción paso a paso del experimentop. 35
- Recolección de Muestras de Cafép. 35
- Almacenamiento y Transportep. 35
- Selección por Colores y Tamañop. 36
- Preparación de muestrasp. 39
- Medición de pesop. 39
- Realización de ensayo de fricciónp. 39
- Registro de Datosp. 37
- Preparación para la siguiente muestrap. 40
- Resultadosp. 41
- Procedimiento realizado durante el experimento de compresiónp. 41
- Ubicaciónp. 41
- Clasificaciónp. 41
- Selección de muestrasp. 42
- Medición de frutosp. 43
- Compresión del frutop. 36
- Análisis de casos de comportamiento de fuerza de compresiónp. 48
- Cálculo de la resistencia del fruto de café a ser despulpadop. 53
- Medición de granos expulsadosp. 56
- Determinación de diferencia frutos-granosp. 58
- Análisis estadístico de la firmezap. 60
- Normalidadp. 60
- Efectosp. 60
- Intervalos de Firmezap. 62
- Análisis de varianza (ANOVA)p. 62
- Comparación con el estado del artep. 63
- Análisis estadístico fuerza de fracturap. 64
- Normalidadp. 60
- Efectosp. 60
- Intervalos de fuerza de fracturap. 66
- Análisis de varianza (ANOVA)p. 62
- Comparación con el estado del artep. 63
- Procedimiento realizado para experimento de fricciónp. 69
- Posicionamiento de ensamblep. 69
- Voltaje celda de cargap. 70
- Fuerza de fricciónp. 71
- Cálculo de coeficientes de fricciónp. 71
- Conclusionesp. 73
- Trabajo futurop. 74
- Bibliografíap. 75
- Fig. 1 Esquema de punzonado de un fruto de cafép. 16
- Fig. 2 Esquema de compresión de un fruto de café con placas paralelasp. 17
- Fig. 3 Estructura del fruto de café [25]p. 19
- Fig. 4 Cambio del color del fruto de café en la maduraciónp. 21
- Fig. 5 Ejes para un fruto de café. Polar (P), Ecuatorial 1 (E1), Ecuatorial 2 (E2)p. 21
- Fig. 6 Prototipo para ensayos de compresión para frutos de cafép. 26
- Fig. 7 Celda de carga (Omega)p. 27
- Fig. 8 Encoder lineal (HONTKO)p. 28
- Fig. 9 Prototipo para prueba de fricción cinéticap. 29
- Fig. 10 Osciloscopio Fluke ScopeMeter 192Cp. 30
- Fig. 11 Celda de cargap. 31
- Fig. 12 Café castillo vereda El Congolop. 41
- Fig. 13 Diferencia entre el café pintón-maduro y el café madurop. 42
- Fig. 14 Ejemplo de frutos organizados para enumeraciónp. 42
- Fig. 15 Medición del diámetro polar de un fruto de cafép. 43
- orientaciónp. 16
- Fig. 17 Ejemplo de preparación de compresión de frutos de cafép. 45
- Fig. 18 Ejemplo de fruto de café al final de un ensayo de compresiónp. 45
- Fig. 19 Fuerza de compresión sin procesar de la muestra 1 de Castillo 1p. 46
- Fig. 20 Fuerza de compresión procesada de la muestra 1 de Castillo 1p. 46
- Ecuatorial 1p. 35
- dirección Polarp. 59
- caso 1p. 53
- caso 2p. 53
- caso 3p. 53
- caso 4p. 53
- caso 5p. 53
- caso 6p. 53
- Fig. 29 Medición de granos de pergamino húmedop. 56
- Fig. 30 Promedio de medidas de los granos de pergamino húmedop. 57
- Fig. 31 Graficas de residuos para Firmezap. 60
- Fig. 32 Gráfica de efectos principales para Firmezap. 61
- Fig. 33 Gráfica de Pareto de efectos estandarizados para Firmezap. 61
- Fig. 34 Gráfica de intervalos de Firmeza para cada combinación experimentalp. 62
- Fig. 35 Graficas de residuos para Fuerza de fracturap. 64
- Fig. 36 Gráfica de efectos principales para Fuerza de fracturap. 65
- Fig. 37 Gráfica de Pareto de efectos estandarizados para Fuerza de fracturap. 65
- Fig. 39 Ensamble para la medición de fricción de una muestrap. 69
- Fig. 40 Voltaje de celda de carga en función del tiempop. 70
- Fig. 41 Fuerza de fricción contra tiempo para las dos variedadesp. 71
- Tabla 1 Medida de firmeza de cereza de café arábigo por placas paralelas en N/mmp. 16
- Tabla 2 Ejemplo de diseño factorialp. 23
- Tabla 3 Especificaciones técnicas de la celda de cargap. 27
- Tabla 4 Especificaciones técnicas de la el encoder linealp. 28
- Tabla 5 Especificaciones técnicas de la celda de cargap. 31
- Tabla 6 Diseño factorial completo para una única réplicap. 35
- Tabla 7 Diseño experimental para ensayo de fricción cinéticap. 38
- Tabla 8 Promedios de medidas de los frutos de cafép. 44
- Tabla 9 Número de casos que se encuentran en cada variedadp. 53
- variedadesp. 44
- Tabla 11 Desplazamiento, fuerza de fractura y firmeza de fruto variedad Castillo 1p. 55
- Tabla 12 Desplazamiento, fuerza de fractura y firmeza de fruto variedad Colombia 2p. 55
- Tabla 13 Medidas de granos de pergamino húmedo por tamaño de su frutop. 57
- Tabla 16 Comparación del valor de la firmeza N/mmp. 63
- Orientaciónp. 16
- Tabla 18 Comparación del valor de la fuerza de fractura en Np. 68
- Tabla 19 Promedio de coeficientes de fricciónp. 72