Mezcladora de café para método de secado por invernaderos solares

 Mezcladora de café para método de secado por invernaderos solares.

Marisol Castro Díaz

Osmar Ricardo López Cermeño

Universidad Tecnológica De Nayarit

marisolcastrodiaz@gmail.com

Resumen^[a]

En diversas zonas del estado es practicada la caficultura en la cual se involucran diversos procesos antes de obtener él característico café. En este documento nos enfocaremos en el proceso de secado de la semilla. Ya que artesanalmente esta práctica se hace tendiendo la semilla en patios y moviendo constantemente a merced del sol. Por lo que se busca semi-automatizar este proceso y a su vez acelerarlo Aplicado la técnica de invernadero, pero en lugar de que el grano se extienda en bandejas, este se pondrá en cilindros metálicos perforados, que estarán girando cada hora homogenizando el calor y humedad del grano. Aprovecharemos las virtudes del sol y las ventajas de la tecnología haciendo un sistema donde el caficultor solo presione un botón de inicio al empezar el día y uno de paro al finalizar. facilitando el trabajo del caficultor ante el mal temporal y aumentar la calidad del café.

Palabras Claves: Arduino. café, encoder, Mecánica.

Abstract

In several areas of the state is practiced coffee farming in which various processes are involved before we obtain the characteristic coffee. In this document we will focus on the process of drying the seed. Since this practice is done by hand spreading the seed in patios and constantly moving at the mercy of the sun.

Therefore, we seek to semi-automate this process and, in turn, speed it up. Applying the greenhouse technique, but instead of the grain spreading in trays, it will be placed in perforated metal cylinders, which will rotate every hour, homogenizing the heat and humidity of the grain. We will take advantage of the virtues of the sun and the advantages of technology by making a system where the coffee farmer’s only presses a start button at the start of the day and a stop button at the end. facilitating the coffee farmer's work in the face of bad weather and increasing the quality of coffee.

Keywords: Arduino, coffee, encoder, Mechanics.

1. Introducción^[b]

Se ha desarrollado el siguiente proyecto para atender al proceso de secado del café y sus complicaciones. Gracias al constante cambio climático este proceso se ha visto afectado de forma que es interrumpido por lluvias extemporales, provocando la regresión de la humedad a la semilla, prolongando su tiempo de secado y el trabajo por parte del caficultor.

Tradicionalmente el proceso de secado de café se hace de forma artesanal, esparciendo la semilla de café en patios de cemento, camas africanas o en lonas, para después mantener en constante movimiento la semilla para que de esta forma el aire y el calor se distribuya uniforme mente según (Magem, 2017), se recomienda al menos mezclar la semilla cuatro veces al día, lo óptimo es que sea a cada hora. Y la ventaja de que sea secado al sol es que la semilla adquiere características de calidad dándole un sabor y olor característico (Henao, 2015). 

Pero claro el proceso de secado no es el único que debe llevar el café, todo inicia con su cultivo dónde posterior a este se decide qué tipo de tratamiento se le dará, ya sea por beneficio seco o beneficio húmedo. Lo que los hace diferente es  la primera etapa que llevan, en el primero el fruto del café es despulpado y lavado  facilitando su secado ya que retirar parte de la humedad que hay en la cáscara, en cambio el beneficio seco se toma el fruto directamente y se pone a secar teniendo un tiempo mayor de secado (Figueroa Hernández, E. ; Pérez Soto, F. ; Godínez Montoya, L., 2015) Seguida de esta etapa el café está listo para su almacenamiento y su posterior transformación para consumo, por esto que la parte del secado sea de suma importancia en el proceso, ya que si está semilla no es secada correctamente , se generar hongos o microrganismos  en él, cosa que disminuye su calidad y precio.

También es importante no sobrepasar la temperatura para el secado ya que el grano se ve afectado haciéndose cristalino y dañando toda la semilla, debido a que se ha extraído toda la humedad del grano. Este al estar seco debe tener una humedad próxima del 12%, antes del secado su porcentaje de humedad variara entre valores del 40% hasta 60% (Magem, 2017) (Henao, 2015).

Al aplicar el secado por máquina se debe tener en cuenta el calor que es aplicado no debe superar los 55°C o 40°C difiere entre autores (Moreira, 2016). Por otro lado, el secado en máquina tiene la ventaja de no maltratar la semilla, ya que de forma tradicional la semilla es pisada o trillada, afectando su calidad, su desventaja es el uso de combustibles, el costoso y el olor que este esto puede generar, contamina la esencia del café si no se tienen los filtros necesarios.  (S. M. VIVAS CARMONA, G. PAZ TORRES, A. H. ROJAS CARVAJAL, s. f.) (Moreira, 2016).

Por otro lado, el secado al sol tiene ciertas variaciones, como lo es el invernadero o el túnel, ambas técnicas muy similares, (Oliveros Tascón, Carlos, Ramirez Gómez, Cesar A., Sanz Uribe, Juan R., Pañuela Martinez, Aida, s.f.) mencionan que el secado por tunel es mucho mas productivo y practico hablando de material que el de invernadero, sin embargo este ultimo tiene la ventaja del espacio apropiado para la mejora continua de su funcionamiento tal como se aprecia en la investigacion de  (Á. Prada, C. P. Vela, G. Bardález, J. Saavedra, 2019). Por lo que es posible la adaptacion de un cilindro giratorio dentro de él, para la semi-automatización del mezclado del grano.

2. Desarrollo^[c]

Se plantea hacer la semi-automatización de la mezcla del café en un secador solar tipo invernadero, en el cual se introducirán barriles metálicos con perforaciones, donde se pondrá el grano húmedo, este girará provocando que el café se mezcle constantemente permitiendo el paso del aire y calor que se concentra en el invernadero.

Estructura de prototipo.

Procedimiento:

1. Se instalaron los soportes metálicos (escuadras 2” y 3”) de las chumaceras donde ira el eje, estos se fijaron a la base con pijas y las escuadras con tornillos. (figura 1)

[pic 1]

Figura  1 Escuadras base para chumaceras.

1. En el eje (barra roscada de 5/16”) se montó el barril perforado (bote de pintura 1l), fijándolo con las tuercas y arandelas. (figura 2)

[pic 2]

Figura  2 Barril perforado.

1. Se colocó el eje en las chumaceras, cuidando la alineación, ya que estas serán las responsables de permitir la rotación del barril. A su vez se colocaron las chumaceras en los soportes previos. (figura 3)

[pic 3]

Figura  3 Cilindro sobre chumaceras.

1. Se instaló un soporte para el motor con escuadras metálicas sujetas con tornillos y se montó el motor alineando su eje al eje del barril. (figura 4)

[pic 4]

Figura  4 Motoreductor y cople de hule.

1. Se unieron ambos ejes con un cople de 8 a 5 mm. (figura 5)

[pic 5]

Figura  5 Unión de ejes.

1. Se arma la base para el encoder con escuadras metálicas (2” y 3”) y a su vez se colocó el sensor alineándolo con uno de los ejes del motor uniéndolo con un tramo de manguera de caucho. (figura 6)

[pic 6]

Figura  6 Acoplamiento de encoder.

1. Se armó la estructura del invernadero con palitos de madera e hilo, de forma que tuviera el tamaño ideal para cubrir holgadamente al barril y se cubrió con plástico (figura 7)

[pic 7]

Figura  7 Invernadero.

1. Finalmente se colocó el invernadero sobre el eje y el barril. (figura 8)

[pic 8]

Figura  8 Mezclador de café.

Instalación de equipo eléctrico-electrónico.

Procedimiento.

1. Se seleccionó el microcontrolador Arduino UNO. Teniendo este los puertos necesarios para el uso de todos los elementos que se tienen, siendo este el principal elemento de control. (figura 9)

[pic 9]

Figura  9 Arduino UNO.

1. Se utilizó el puente H L298 para controlar el encendido y apagado del módulo de PWM. (figura 10)

[pic 10]

Figura  10 Puente H L298N

1. Para regular la velocidad del motor, se implementó un módulo de PWM. Al cual se conecta el motor directamente, pero es accionado por el puente H. (figura 11)

[pic 11]

Figura  11 Modulo PWM 1203B.

1. Alimentando a la etapa de potencia con una fuente conmutada de 12v a 5 A. (figura 12)

[pic 12]

Figura  12 Fuente conmutada.

1. Posterior de tener todos los elementos se hizo la distribución apropiada para todos los elementos se sujetaron a la base con pijas quedando de la siguiente manera. (figura 13)

[pic 13]

Figura  13 Mezcladora con sus elementos eléctricos.

1. Para finalizar se conectaron los elementos tal como se muestra en la siguiente imagen, utilizando alambre y cable calibre awg 14, soldando las uniones que lo requieran y en otras se usaron terminales. De izquierda a derecha los primeros cuatro elementos corresponden a la potencia en el prototipo y los últimos dos son parte del control. (figura 14)

[pic 14]

Figura 14 Diagrama de conexión.

Programación.

Para explicar la programación de forma un poco mas visual se tiene la siguiente imagen (figura 15) donde se enumeran los elementos, que serán controlados;

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