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Desarrollo de un Sistema Mecatrónica para
la Extracción de Cáscara del Aguaymanto
Item Type info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Authors Vásquez Villalobos, Alejandro; Castro Maximiliano, Mario Antonio
Publisher Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC)
Rights info:eu-repo/semantics/openAccess; Attribution-
NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
Download date 05/03/2024 01:36:12
Item License http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Link to Item http://hdl.handle.net/10757/657416
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
http://hdl.handle.net/10757/657416
 
 
 
UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA MECATRÓNICA 
Desarrollo de un Sistema Mecatrónica para la Extracción de Cáscara del 
Aguaymanto 
TESIS 
Para optar el título profesional de Ingeniero Mecatrónico 
 
AUTOR(ES) 
Vásquez Villalobos, Alejandro (0000-0002-1976-6511) 
Castro Maximiliano, Mario Antonio (0000-0003-0123-8291) 
 
ASESOR 
Klusmann Vieira, Hermann Mirko (0000-0003-3340-0126) 
Lima, 23 de julio de 2021
 
II 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
Queremos dedicar este proyecto a nuestras familias y en especial a nuestros padres, José 
Luis Vásquez Roque, Maritza Villalobos Dávila, María Maximiliano Avelino y Proterio 
Castro Montalvo que en todo este proceso han estado a nuestro lado apoyándonos y 
motivándonos a nunca darnos por vencidos. 
A lo largo de todo el proceso también intervinieron muy buenos amigos de la universidad 
que sin ellos todo el trayecto del proyecto mecatrónico sin duda hubiera sido distinto. La 
amistad es algo que sin duda cumplió un papel fundamental, esta permitió conocernos 
mejor, ser mejores personas y ser mejores profesionales. 
Nos ha tocado vivir en tiempos de crisis sanitaria a nivel mundial, y también hemos sido 
afectados directamente por esto. También queremos dedicar este trabajo a la población 
peruana que está pasando por momentos de crisis política y de salud. Tenemos fe y 
esperanza que vendrán días mejores. 
 
II 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
Agradecemos a las personas que nos ofrecieron sus conocimientos en especial nuestro 
asesor Mirko Klusmann Vieira, y los dueños de las empresas Vitallanos S.A.C e Inspira IT 
los cuales no dudaron en abrirnos sus puertas para realizar la investigación y hacer el 
desarrollo del primer prototipo inicial de la máquina. 
III 
 
RESUMEN 
 
Este trabajo propone un sistema mecatrónico orientado a la extracción de la cáscara del 
aguaymanto. El sistema propuesto apunta a reducir el tiempo de descascarado de la fruta, 
que en la actualidad es realizado de forma manual. La idea es ampliar la producción y 
mantener estándares de calidad del producto. El sistema propuesto se compone de un sistema 
mecánico de distribución y ordenamiento por vibración en una zaranda, que apunta a 
posicionar el fruto haciendo uso de filtros mecánicos, siendo finalmente ordenados y 
distribuidos en seis líneas de producción. Asimismo, se compone de un sistema de transporte 
y alineamiento previo descascarado, este último se encarga de variar la posición del 
aguaymanto hasta ser ingresado al sistema de extracción de cáscara. En caso la orientación 
no sea la adecuada, la unidad de extracción en conjunto con el sistema de alineamiento 
ubicará al aguaymanto en sentido lateral, ideal para la extracción. Para el proceso de 
validación del sistema se tomó en cuenta el número de frutos procesados por unidad de 
tiempo y la calidad del producto obtenido. En este caso se obtuvo una tasa de 0.5 kg/min y 
un porcentaje de frutos correctamente descascarado de 93.8%. Ambos parámetros de 
medición de desempeño están dentro del rango de valores establecidos por las empresas 
productoras, siendo la tasa un valor escalable directamente proporcional al número de líneas 
de producción. 
Palabras clave: aguaymanto; uchuva; rodillos; zaranda; engranajes; cáscara; descascarado; 
extracción; faja transportadora; automatización. 
 
IV 
 
Development of a Mechatronic System for Extraction of Aguaymanto Shell 
ABSTRACT 
 
This work proposes a mechatronic system oriented to the extraction of the shell of 
the aguaymanto. The proposed system aims to reduce the time for shelling the fruit, which 
is currently done manually. The idea is to expand the production and maintain product 
quality standards. The proposed system consists of a mechanical distribution and ordering 
system by vibration in a sieve, which aims to position the product using mechanical filters, 
being finally ordered and distributed in six production lines. Likewise, it consists of a 
transport system and alignment before the peeled. This one is responsible for varying the 
position of the aguaymanto until it is entered into the shell extraction system. In case the 
orientation is not correct, the extraction unit together with the lateral alignment system will 
locate the ideal position of the aguaymanto for extraction. For the validation process of the 
system, the number of fruits processed per unit of time and the quality of the product 
obtained were taken into account. In this case, a rate of 0.5 kg / min and a percentage of 
correctly shelled fruits of 93.8% were obtained. Both performance measurement 
parameters are within the range of values established by the production companies, the rate 
being a scalable value directly proportional to the number of production lines. 
Keywords: Golden Berry; Uchuva; Rollers; Motor; Pulleys; Vibrating Screen; Frequency 
Variator; Gears. 
 
V 
 
TABLA DE CONTENIDOS 
1 Capítulo I. Aspectos Introductorios .................................................................................... 1 
1.1. Situación Problemática y Definición del Problema .................................................... 1 
1.1.1. Situación Problemática ........................................................................................ 1 
1.1.2. Definición del Problema ...................................................................................... 8 
1.1.2.1. Árbol del Problema ....................................................................................... 8 
1.1.2.2. Problema General ......................................................................................... 9 
1.1.2.3. Problema Ingenieril ...................................................................................... 9 
1.2. Estado del Arte ........................................................................................................... 9 
1.2.1. Productos y soluciones existentes ....................................................................... 9 
1.2.1.1. Maquina Pelador de Aguaymanto - Industria Prodmain ............................ 10 
1.2.1.2. Robito Vaina - Pelamatic ............................................................................ 11 
1.2.1.3. Peladora de almendras de doble cuerpo con rodillos ................................. 12 
1.2.2. Publicaciones Científicas/Ingenieriles ............................................................... 13 
1.3. Justificación .............................................................................................................. 15 
1.4. Objetivos ................................................................................................................... 16 
1.4.1. Árbol de Objetivos: ........................................................................................... 16 
1.4.2. Objetivo General................................................................................................ 17 
1.4.3. Objetivos Específicos ........................................................................................ 17 
1.5. Descripción de la solución propuesta ....................................................................... 18 
1.5.1. Descripción ........................................................................................................18 
1.5.1.1. Diagrama Pictórico ..................................................................................... 18 
1.5.1.2. Diagrama de Bloques Diagrama de Tuberías e Instrumentación ............... 19 
1.5.1.3. Funcionamiento .......................................................................................... 19 
VI 
 
1.5.1.4. Limitaciones de la solución ........................................................................ 20 
1.5.1.5. Resultados esperados: ................................................................................. 21 
1.6. Aplicaciones y usuarios potenciales del producto .................................................... 21 
1.6.1. Aplicaciones del producto ................................................................................. 21 
1.7. Viabilidad ................................................................................................................. 25 
1.7.1. Viabilidad técnica: ............................................................................................. 25 
1.7.2. Viabilidad económica: ....................................................................................... 25 
1.7.3. Viabilidad social: ............................................................................................... 29 
1.7.4. Viabilidad operativa: ......................................................................................... 29 
1.8. Conclusiones ............................................................................................................. 29 
2 Capítulo II. Marco Teórico ............................................................................................... 31 
2.1. Control Electrónico de motor ................................................................................... 31 
2.1.1. Termo magnético ............................................................................................... 31 
2.1.2. Contactor Eléctrico ............................................................................................ 33 
2.1.3. Tipo de conexiones de motor............................................................................. 35 
2.1.4. Variador de velocidad ........................................................................................ 38 
2.1.5. PWM .................................................................................................................. 39 
2.2. Faja transportadora ................................................................................................... 40 
2.2.1. Reductores de velocidad .................................................................................... 40 
2.2.1.1. Transmisiones por rozamiento.................................................................... 40 
2.2.1.1.2. Correas trapezoidales ............................................................................... 41 
2.2.1.2. Transmisiones flexibles por engrane .......................................................... 42 
2.2.1.2.2. Correas dentadas ...................................................................................... 43 
2.2.1.3. Transmisiones por engrane directo ............................................................. 43 
VII 
 
2.2.1.3.1. Transmisiones por engranajes cilíndricos................................................ 43 
2.2.1.3.2. Transmisión por engranajes cónicos........................................................ 44 
2.2.1.3.3. Transmisión por engranajes de tornillo sin fin ........................................ 45 
2.2.2. Relación entre velocidad de poleas ................................................................... 46 
2.2.2.1. Tensión de la faja ........................................................................................ 47 
2.2.2.2. Potencia transmitida ................................................................................... 48 
2.2.3. Polines ............................................................................................................... 49 
2.2.4. Motor trifásico ................................................................................................... 50 
2.2.4.1. Potencia eléctrica del motor ....................................................................... 53 
2.2.4.2. Torque del motor ........................................................................................ 54 
2.2.4.3. Factor de deslizamiento .............................................................................. 55 
2.2.5. Faja transportadora ............................................................................................ 55 
2.2.5.1. Fajas transportadoras con carcasa de cables de acero ................................ 56 
2.2.5.2. Fajas transportadoras con carcasa textil ..................................................... 56 
2.2.5.3. Fajas transportadoras de poliéster (EP) ...................................................... 57 
2.2.5.4. Fajas transportadoras de alta temperatura (EPDM) .................................... 57 
2.2.5.5. Bandas Transportadoras anti llamas ........................................................... 58 
2.2.5.6. Bandas Transportadoras con alma de acero ............................................... 59 
2.2.5.7. Bandas de Caucho y Lona .......................................................................... 59 
2.2.5.8. Compuestos de caucho ............................................................................... 60 
2.2.5.9. Bandas sanitarias ........................................................................................ 61 
2.2.6. Chumaceras ....................................................................................................... 62 
2.2.6.1. Unidades de rodamientos Y con bridas (Chumacera de pared) .................. 63 
2.3. Engranajes dentados para descascarado ................................................................... 67 
2.3.1. Definiciones generales ....................................................................................... 67 
VIII 
 
2.3.2. Tipos de engranajes ........................................................................................... 67 
2.3.3. Planos principales .............................................................................................. 68 
2.3.4. Superficies y dimensiones ................................................................................. 70 
2.3.5. Diente ................................................................................................................ 71 
2.3.6. Modulo .............................................................................................................. 72 
2.3.7. Paso .................................................................................................................... 73 
2.3.8. Espesor de diente ............................................................................................... 75 
2.3.9. Clasificación Engranaje ..................................................................................... 75 
2.3.9.1. Ejes paralelos .............................................................................................. 75 
2.3.9.2. Ejes concurrentes ........................................................................................ 76 
2.3.9.3. Ejes cruzados .............................................................................................. 76 
2.3.10. Normas de diseño para engranajes .................................................................. 77 
2.3.10.1. Normas AGMA ........................................................................................ 77 
2.3.10.2. Normas ISO .............................................................................................. 78 
2.3.10.3. Normas DIN ............................................................................................. 78 
2.3.11. Diseño de engranajes rectos AGMA en Autodesk Inventor............................78 
2.4. Zaranda Vibratoria .................................................................................................... 81 
2.4.1. Motor vibratorio ................................................................................................ 82 
2.4.1.1. Método de Vibración Rotacional ................................................................ 83 
2.4.1.2. Método de Vibración Unidireccional ......................................................... 84 
2.4.1.3. Elección del método de vibración y de velocidad del producto ................. 84 
2.4.1.4. Montaje de los vibradores........................................................................... 85 
2.4.2. Carga descompensada ....................................................................................... 87 
2.4.3. Resortes ............................................................................................................. 87 
2.4.3.1. Esfuerzos en resortes helicoidales .............................................................. 88 
IX 
 
2.4.3.2. Materiales para fabricar resortes................................................................. 89 
2.4.4. Ecuaciones de Zaranda Vibratoria ..................................................................... 90 
2.4.4.1. Respuesta general en un sistema sometido a desbalance rotatorio ............. 91 
2.5. Materiales Sanitarios ................................................................................................ 93 
2.5.1. Acero Inoxidable ............................................................................................... 93 
2.5.2. Banda Sanitaria de PVC .................................................................................... 94 
2.5.3. Soldadura de Acero Inoxidable ......................................................................... 94 
2.5.4. Rodillos de PFA ................................................................................................ 95 
3 Capítulo III. Desarrollo de la Solución Propuesta ............................................................ 96 
3.1. Diseño Mecánico de la Zaranda Vibratoria .............................................................. 96 
3.1.1. Diseño Mecánico de Plataforma Vibratoria ...................................................... 97 
3.1.2. Diseño Mecánico de estructura metálica ......................................................... 101 
3.1.3. Análisis modal ................................................................................................. 107 
3.2. Diseño Mecánico de Faja Transportadora .............................................................. 108 
3.2.1. Diseño Mecánico de polines ............................................................................ 111 
3.2.2. Diseño Mecánico de Estructura Metálica ........................................................ 115 
3.2.3. Diseño Mecánico de transmisión de potencia ................................................. 116 
3.3. Diseño Mecánico de Sistema de Extracción........................................................... 117 
3.3.1. Dimensiones del aguaymanto .......................................................................... 118 
3.3.2. Diseño de engranes .......................................................................................... 120 
3.3.3. Diseño de Plano Inclinado ............................................................................... 121 
3.3.4. Diseño de filtro para fruto de aguaymanto ...................................................... 123 
3.3.5. Ingreso lateral a sistema de extracción ............................................................ 126 
4 Capítulo IV. Pruebas y Resultados de Validación .......................................................... 128 
X 
 
4.1. Rodillos rectos con plano inclinado con chaflán .................................................... 129 
4.2. Rodillos rectos con Topes verticales ...................................................................... 130 
4.3. Rodillo con topes verticales y plano inclinado en “v”............................................ 132 
4.4. Rodillos rectos con tope horizontal ........................................................................ 134 
4.5. Rodillos con dientes especiales y tope horizontal .................................................. 135 
4.6. Rodillos con dos dientes especiales, tope vertical, plano inclinado con ligera 
abertura y guarda horizontal .......................................................................................... 136 
5 Conclusiones ................................................................................................................... 138 
5.1. Respecto a los resultados de las pruebas ................................................................ 138 
5.2. Respecto al proyecto en general ............................................................................. 138 
5.3. Mejoras futuras ....................................................................................................... 139 
6 REFERENCIAS ............................................................................................................. 140 
7 ANEXOS ........................................................................................................................ 150 
 
 
 
 
XI 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 1 Valor Nutricional del Aguaymanto Peruano, en 100 g ........................................... 1 
Tabla 2 Usos terapéuticos de Physalis peruviana en medicina tradicional .......................... 2 
Tabla 3 Evolución de las exportaciones del aguaymanto según sus principales mercados, 
en Kilogramos (2012-2017)................................................................................................... 4 
Tabla 4 Principales Mercados 2016 ...................................................................................... 7 
Tabla 5 Lista de costos del proyecto .................................................................................. 26 
Tabla 6 Precio de venta en Amazon Nueva York .............................................................. 27 
Tabla 7 Consumo eléctrico ................................................................................................. 27 
Tabla 8 Análisis VAN y TIR del proyecto ......................................................................... 29 
Tabla 9 Contactores de 3 polos operados con AC y DC .................................................... 34 
Tabla 10 Tabla resumen ..................................................................................................... 98 
Tabla 11 Tabla de resultados de estudios ......................................................................... 104 
Tabla 12 Tabla de resultado de estudios ........................................................................... 106 
Tabla 13 Tabla Resumen de análisis modal ..................................................................... 107 
Tabla 14 Frecuencias aplicadas ........................................................................................ 108 
Tabla 15 Resumen de Estudio en faja trasnportadora ...................................................... 110 
Tabla 16 Materiales de Polín ............................................................................................ 111 
Tabla 17 Descripción de resultados .................................................................................. 128 
Tabla 18 Eficiencia de rodillos rectos sin topes y con plano inclinado con chaflán ........ 130 
Tabla 19 Eficiencia de rodillos rectos con topes verticales y plano inclinado con 
chaflán ............................................................................................................................... 132 
Tabla 20 Eficiencia de rodillos rectos con topes verticales y plano inclinado en V ........ 133 
Tabla 21 Eficiencia de rodillos rectos con tope horizontal y plano inclinadocon 
chaflán ............................................................................................................................... 135 
XII 
 
Tabla 22 Eficiencia de rodillos rectos con un diente especial con tope horizontal y plano 
inclinado con chaflán ......................................................................................................... 136 
Tabla 23 Eficiencia de rodillos rectos con dos dientes especiales con tope horizontal y 
plano inclinado con chaflán ............................................................................................... 137 
 
XIII 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1 Evolución de las exportaciones del producto aguaymanto según sus principales 
mercados en Kilogramos (2012-2016) .................................................................................. 6 
Figura 2 Principales Empresas Exportadoras de Aguaymanto ............................................ 6 
Figura 3 Árbol del problema ................................................................................................ 8 
Figura 4 Maquina Peladora de Aguaymanto ...................................................................... 11 
Figura 5 Robito vaina ......................................................................................................... 12 
Figura 6 Peladora de almendras de doble cuerpo con rodillos ........................................... 12 
Figura 7 Árbol de objetivos ................................................................................................ 17 
Figura 8 Diagrama pictórico del sistema mecatrónico de extracción................................. 18 
Figura 9 Diagrama P&ID del proceso de extracción.......................................................... 19 
Figura 10 Arvejas ............................................................................................................... 22 
Figura 11 Habas .................................................................................................................. 22 
Figura 12 Pacay .................................................................................................................. 23 
Figura 13 Maíz ................................................................................................................... 23 
Figura 14 Garbanzo ............................................................................................................ 24 
Figura 15 Rama de lúpulo .................................................................................................. 24 
Figura 16 Interruptor termomagnético ............................................................................... 31 
Figura 17 Zonas de funcionamiento de termomagnético ................................................... 32 
Figura 18 Contactor Eléctrico ............................................................................................ 33 
Figura 19 Operaciones vs corriente .................................................................................... 34 
Figura 20 Conexiones de motor ......................................................................................... 36 
Figura 21 Conexiones de motor ......................................................................................... 37 
Figura 22 Controlador de velocidad ................................................................................... 38 
Figura 23 Variador de velocidad ........................................................................................ 39 
XIV 
 
Figura 24 PWM en señal senoidal ...................................................................................... 40 
Figura 25 Transmisión por correa plana ............................................................................. 41 
Figura 26 Correa trapezoidal .............................................................................................. 41 
Figura 27 Transmisión por cadena ..................................................................................... 42 
Figura 28 Engranajes cilíndricos rectos ............................................................................. 44 
Figura 29 Engranajes helicoidales ...................................................................................... 44 
Figura 30 Engranajes cónicos ............................................................................................. 45 
Figura 31 Engranaje de tornillo sin fin-corona................................................................... 45 
Figura 32 Modelo básico de poleas .................................................................................... 46 
Figura 33 Polines ................................................................................................................ 50 
Figura 34 Diagrama de corte de un motor de inducción .................................................... 51 
Figura 35 Desarrollo de par inducido en un motor de inducción ....................................... 53 
Figura 36 Faja con carcasa de cables de acero ................................................................... 56 
Figura 37 Faja con carcasa textil ........................................................................................ 56 
Figura 38 Faja de poliéster ................................................................................................. 57 
Figura 39 Faja de alta temperatura ..................................................................................... 58 
Figura 40 Faja con anti llamas............................................................................................ 58 
Figura 41 Faja con alma de acero ....................................................................................... 59 
Figura 42 Bandas de caucho y lona .................................................................................... 60 
Figura 43 Compuesto de caucho ........................................................................................ 61 
Figura 44 Banda Sanitaria .................................................................................................. 62 
Figura 45 Rodamiento ........................................................................................................ 63 
Figura 46 Chumacera de pared ........................................................................................... 63 
Figura 47 Flanged Y-bearing units ..................................................................................... 65 
Figura 48 Modelos de chumaceras de pared SKF .............................................................. 66 
XV 
 
Figura 49 Piñón, corona, cremallera y sinfín ..................................................................... 68 
Figura 50 Planos de referencia principales y planos primitivos ......................................... 68 
Figura 51 Plano de rotación y plano transversal ................................................................ 69 
Figura 52 Planos en diente helicoidal ................................................................................. 69 
Figura 53 Superficie de paso .............................................................................................. 70 
Figura 54 Diámetros y círculo rueda dentada..................................................................... 71 
Figura 55 Addendum y dedendum ..................................................................................... 71 
Figura 56 Dimensiones características de los dientes de engranaje ................................... 72 
Figura 57 Pasos en dientes rectos y pasos en diente helicoidal .......................................... 74 
Figura 58 Avance ............................................................................................................... 74 
Figura 59 Espesor del diente recto y espesores diente helicoidal ...................................... 75 
Figura 60 Engranajes de ejes paralelos ..............................................................................76 
Figura 61 Engranajes ejes concurrentes ............................................................................. 76 
Figura 62 Engranajes ejes cruzados ................................................................................... 77 
Figura 63 Parámetros para diseño de engranaje recto ........................................................ 81 
Figura 64 Aplicaciones ....................................................................................................... 82 
Figura 65 Partes de un motor vibrador ............................................................................... 83 
Figura 66 Vibración rotacional ........................................................................................... 83 
Figura 67 Vibración unidireccional .................................................................................... 84 
Figura 68 Aplicaciones ....................................................................................................... 85 
Figura 69 Aplicaciones ....................................................................................................... 86 
Figura 70 Contrapeso motor vibrador ................................................................................ 87 
Figura 71 Materiales para fabricar resortes ........................................................................ 90 
Figura 72 Fuerzas Centrífugas de dos masas excéntricas con giro contrario ..................... 91 
Figura 73 Variación de (𝑀𝑋/𝑚𝑒) y 𝜙 con la relación r = (𝜔/𝜔𝑛) .................................. 93 
XVI 
 
Figura 74 Zaranda Vibratoria, canales en “V” ................................................................... 97 
Figura 75 Zaranda Vibratoria, separaciones ....................................................................... 98 
Figura 76 Zaranda Vibratoria, Tolva .................................................................................. 99 
Figura 77 Zaranda Vibratoria ........................................................................................... 100 
Figura 78 Zaranda Vibratoria, Canales en “V” ................................................................ 101 
Figura 79 Zaranda vibratoria, condiciones de estudio...................................................... 102 
Figura 80 Zaranda vibratoria, Análisis de rigidez ............................................................ 104 
Figura 81 Zaranda vibratoria, estudio de coeficiente de seguridad .................................. 105 
Figura 82 Zaranda vibratoria, estudio de tensión de Von Mises ...................................... 106 
Figura 83 Faja Transportadora ......................................................................................... 109 
Figura 84 Análisis de rigidez ............................................................................................ 109 
Figura 85c Análisis de Tensión Von Mises ...................................................................... 110 
Figura 86 Polín de faja transportadora ............................................................................. 112 
Figura 87 Polín de faja transportadora corte .................................................................... 112 
Figura 88 Polín de faja transportadora, estudio tensión de Von Mises ............................ 113 
Figura 89 Polín de faja transportadora, estudio coeficiente de seguridad ........................ 113 
Figura 90 Polín de faja transportadora, estudio de desplazamiento ................................. 114 
Figura 91 chaveta según la normativa UNI 6604-69 – din 6885 ..................................... 115 
Figura 92 Transmisión de potencia .................................................................................. 117 
Figura 93a Ajuste de motor .............................................................................................. 117 
Figura 94 Dimensiones promedio del aguaymanto peruano ............................................ 118 
Figura 95 Ingreso de aguaymanto por lado opuesto al tallo ............................................. 119 
Figura 96 Ingreso de aguaymanto con fruto de diámetro inferior a agarre de engranaje . 120 
Figura 97 Acople de engranes rectos................................................................................ 121 
Figura 98 Orificio de acomodamiento de posición y separación de fruto ........................ 122 
XVII 
 
Figura 99 Plano inclinado ................................................................................................. 123 
Figura 100 Engranaje con topes a los lados ..................................................................... 124 
Figura 101 Cambio de posición de ingreso por interrupción de topes ............................. 125 
Figura 102 Tope paralelo al engrane superior .................................................................. 126 
Figura 103 Ingreso lateral a unidad de extracción............................................................ 127 
Figura 104 Rodillos rectos, con plano inclinado con chaflán .......................................... 129 
Figura 105 Engranajes rectos con topes verticales ........................................................... 131 
Figura 106 Acople de rodillos con topes verticales y plano inclinado en “v” ................. 133 
Figura 107 Engranajes con tope horizontal ...................................................................... 134 
Figura 108 Engranaje especial con tope horizontal .......................................................... 135 
Figura 109 Engranaje especial con tope horizontal acoplado a plano inclinado .............. 137 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
XVIII 
 
ÍNDICE DE ECUACIONES 
Ecuación 1. Velocidad de motor en relación con polos y frecuencia ................................. 35 
Ecuación 2. Velocidad tangencial en función a la velocidad angular y radio .................... 46 
Ecuación 3. Relación de velocidad entre dos poleas .......................................................... 47 
Ecuación 4. Sumatoria de Fuerzas ...................................................................................... 47 
Ecuación 5. Sumatoria de Fuerzas ...................................................................................... 47 
Ecuación 6. Sumatoria de Fuerzas ...................................................................................... 47 
Ecuación 7. Ecuación de Potencia ...................................................................................... 48 
Ecuación 8. Potencia con relación a velocidad ................................................................... 48 
Ecuación 9. Potencia con relación a velocidad ................................................................... 48 
Ecuación 10. Velocidad de motor ....................................................................................... 50 
Ecuación 11. Voltaje inducido ............................................................................................ 51 
Ecuación 12. Par Resultante ............................................................................................... 52 
Ecuación 13. Ecuación de Potencia eléctrica nominal ....................................................... 53 
Ecuación 14. Potencia Mecánica ........................................................................................ 54 
Ecuación 15. Torque generado ........................................................................................... 54 
Ecuación 16. Factor de deslizamiento ................................................................................ 55 
Ecuación 17. Relación velocidad y número de dientes ...................................................... 67 
Ecuación 18. Módulo de rodillo ......................................................................................... 72 
Ecuación 19. Paso Circular .................................................................................................73 
Ecuación 20. Cálculo de Relación de diámetro primitivo .................................................. 78 
XIX 
 
Ecuación 21. Cálculo de Paso Circular .............................................................................. 79 
Ecuación 22. Cálculo de Cabeza de diente ......................................................................... 79 
Ecuación 23. Cálculo de Espesor del diente ....................................................................... 79 
Ecuación 24. Cálculo de Pie del diente .............................................................................. 80 
Ecuación 25. Cálculo de Radio de entalle .......................................................................... 80 
Ecuación 26. Cálculo de ángulo del espesor ...................................................................... 80 
Ecuación 27. Cálculo del índice del resorte........................................................................ 88 
Ecuación 28. Cálculo del índice del resorte........................................................................ 89 
Ecuación 29. Cálculo del factor de corrección ................................................................... 89 
Ecuación 30. Ecuación diferencial de modelo .................................................................... 91 
Ecuación 31. Resolución de ecuación diferencial de modelo............................................. 92 
Ecuación 32. Solución estacionaria de ecuación diferencial .............................................. 92 
Ecuación 33. Ángulo de Fase ............................................................................................. 92 
Ecuación 34. Análisis de rigidez ...................................................................................... 103 
Ecuación 35. Análisis de rigidez mediante método matricial........................................... 103 
Ecuación 36. Ecuación de Von Mises .............................................................................. 106 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
1 Capítulo I. Aspectos Introductorios 
1.1. Situación Problemática y Definición del Problema 
1.1.1. Situación Problemática 
Cahuana (2014) refiere que, el aguaymanto es una fruta que presenta una inmensa 
cantidad de beneficios en la salud de las personas. Una planta puede producir cerca de 300 
frutos, que son bayas de color naranja-amarillo, de forma globosa, con un peso entre 4 -5 g 
y sabor agridulce. Wu et al. (2005) afirman que es extremadamente rica en Vitamina A 
(648 UI / 100g) y tiene buenos contenidos de Vitamina C (26 mg), fibra (4.8g), proteínas 
(1.9g), fósforo, hierro, potasio y zinc. En la Tabla 1, se observa el contenido de minerales 
en el fruto por 100 g. 
Tabla 1 
Composición nutricional del fruto de Physalis peruviana, en 100 g 
Parámetro 
Nutricional 
Rango 
Humedad 79.8 - 85.5% 
Proteína 0.3 - 1.5g 
Grasa 0.15 - 0.5g 
Carbohidratos 11.0 - 19.6g 
Fibra 0.4 - 4.9g 
Cenizas 0.7 - 1.0g 
Carotenos 16 mg 
Tiamina 0.1 - 0.18 mg 
Riboflavina 0.03 - 0.18 mg 
Niacina 0.8 - 1.7 mg 
Vitamina C 20 - 43 mg 
Potasio 210 - 467 mg 
Magnesio 7 - 19 mg 
Calcio 2 - 28 mg 
Fósforo 27 - 55.3 mg 
Hierro 0.3 - 1.2 mg 
Zinc 0.28 - 0.40 mg 
 
Adaptado por Aparcana y Villarreal (2014) 
El aguaymanto, posee grandes propiedades, Cahuana (2014) describe su efectivo 
poder antioxidante, el cual previene el envejecimiento celular y su accionar como un 
práctico antidiabético que estabiliza el nivel de glucosa en la sangre, de este modo ofrece 
2 
 
importantes ventajas en el control de personas diabéticas en especial no insulinas 
dependientes. Asimismo, García et al. (1997) agregan que los diabéticos pueden consumir 
50-70 g diarios sin que se produzca alguna alteración en su curva glucémica con dosis 
superiores a 80 g se produce un efecto laxante. En la Tabla 2, se observa un conjunto de 
usos terapéuticos del aguaymanto en medicina tradicional. 
Tabla 2 
Usos terapéuticos de Physalis peruviana en medicina tradicional 
Componentes 
% del total de 
aceites 
Efecto en la salud 
Vitaminas, K1 
(filoquinona) 
Ácido linoleico 
Ácido oleico 
Fito esteroides 
 
*Reduce la calcificación y la dureza de las arterias lo 
que reduce la muerte por problemas cardiovasculares 
*Es esencial para la mujer durante el embarazo y 
también a lo largo del periodo de la lactancia porque 
previene a su bebe de padecer una enfermedad 
hemorrágica. 
0.20% 
*Proporciona efecto antioxidante contra el ataque de 
la membrana por radicales libres 
 
*Disminuye la concentración de Colesterol total en la 
sangre 
*Disminuye los niveles de LDL-C sanguíneos 
*Aumenta los niveles de HDL-c sanguíneos 
 
*Propiedades antiinflamatorias, antitumorales, 
bactericidas y fungicidas 
*Efecto hipocolesterolémico, produce reducciones 
del colesterol 
Tocoferoles 76.70% 
*Como antioxidante, protege a las membranas 
celulares del daño oxidativo. 
*Estimula el sistema inmunológico. 
*Frena el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer 
Componentes 
Vitaminas, K1 
(filoquinona) 
 Efecto en la salud 
11.90% 
*Reduce la calcificación y la dureza de las arterias lo 
que reduce la muerte por problemas cardiovasculares 
*Es esencial para la mujer durante el embarazo y 
también a lo largo del periodo de la lactancia porque 
previene a su bebe de padecer una enfermedad 
hemorrágica. 
Ácido linoleico - 
*Proporciona efecto antioxidante contra el ataque de 
la membrana por radicales libres 
Ácido oleico - 
*Disminuye la concentración de Colesterol total en la 
sangre 
*Disminuye los niveles de LDL-C sanguíneos 
*Aumenta los niveles de HDL-c sanguíneos 
 
Fuente Chasquibol (2010) 
3 
 
El fruto recibe una gran acogida por la población mundial. En la Tabla 3, se 
observa la evolución de las exportaciones de aguaymanto alrededor del mundo. Existe una 
tendencia de incremento con respecto a las exportaciones de este producto según sus 
principales mercados. El Diario Gestión (2016) describe que las exportaciones a Estados 
Unidos están en constante crecimiento debido a que, el aguaymanto tiene gran potencial 
por la tendencia de consumo de su población es la de alimentarse saludable. 
 
4 
 
Tabla 3 
Evolución de las exportaciones del aguaymanto según sus principales mercados, 
en Kilogramos (2012-2017) 
País 2012 2013 2014 2015 2016 2017 
Holanda 5.033,80 9.522,43 25.859,97 41.987,92 121.121,94 78.790,71 
Estados 
Unidos 
12.922,48 13.819,36 52.672,05 51.397,26 95.208,87 76.006,69 
Alemania 19.845,96 12.000,59 33.732,40 66.964,36 45.394,74 29.749,81 
Japón 533,82 2.572,79 2.894,40 17.025,66 27.288,70 4.210,00 
Canadá 1.410,18 2.117,48 8.016,69 17.126,83 15.168,29 3.564,22 
Reino Unido 5.281,53 3.617,22 7.459,55 4.658,12 10.278,15 1.457,66 
Corea del 
Sur 
323,79 3,02 289,25 769,11 10.248,32 4.165,95 
Francia 3.236,12 4.706,25 1.725,72 17.727,70 6.977,98 7.976,40 
Australia 4.070,30 5.646,81 4.744,22 1.160,76 5.368,80 1.910,07 
Polonia 0,00 0,00 0,00 0,00 4.240,55 0,00 
Brasil 0,00 78,77 10.965,04 37,89 4.113,37 0,00 
Israel 0,06 0,00 109,52 855,86 3.965,80 6.724,00 
Turquía 0,00 0,00 0,00 0,00 3.660,00 0,00 
Chile 634,74 9,97 10.920,09 5.220,25 3.368,26 1.232,66 
Uruguay 0,74 207,75 719,00 930,84 1.383,69 500,00 
Italia 170,00 1.003,00 420,50 527,95 1.134,82 0,00 
Nueva 
Zelandia 
0,00 0,00 730,21 2.310,71 1.117,06 378,44 
Suecia 172,88 160,36 352,31 142,16 1.044,17 220,00 
Puerto Rico 0,00 0,00 0,00 0,00 856,00 0,00 
Bolivia 96,87 0,00 144,16 6.518,11 826,88 0,00 
Sudáfrica 0,00 0,00 0,00 163,86 762,58 0,00 
México 0,00 458,76 1.063,98 905,19 566,59 1.090,54 
Federación 
Rusa 
0,00 0,00 0,00 0,00 534,29 83,64 
Bélgica 0,00 80,00 691,89 0,00 440,05 3.778,00 
Austria 0,00 296,11 173,35 0,00 415,92 0,00 
Colombia 0,00 0,00 0,00 0,00 335,37 3.281,86 
República 
Checa 
904,98 51,00 441,06 1.032,67 275,93 139,00 
España 211,07 63,32 168,00 159,45 251,85 502,47 
Finlandia 0,00 324,93 782,21 108,89214,49 320,16 
Grecia 0,00 0,00 0,00 0,00 153,13 0,00 
 
Fuente, Sistema Integrado de Información de Comercio Exterior (SIICEX, 2017) 
En la actualidad, el Diario Gestión (2016) menciona que cada kilo de aguaymanto 
tiene un costo de 5 a 6 dólares por kilogramo en Estados Unidos y es importada de 
Colombia, que es la mayor competencia peruana con 15 millones de dólares anuales de 
5 
 
aguaymanto. Asimismo, afirmó que el ingreso de aguaymanto de 500.000 dólares 
anualmente en Perú es un tercio de las exportaciones que realiza Colombia, por lo que hay 
una gran diferencia y dificultad para que el producto ingrese a este país desde Perú. 
Además, describe que los precios para el aguaymanto deshidratado convencional en 
promedio oscilan entre 11 y 13 dólares el kilogramo y el orgánico entre 12.5 y 14 dólares 
el kilogramo. 
Del mismo modo, el Diario Gestión (2016) describe un aumento del 81.5% de las 
exportaciones en el año 2016, en los meses de enero y setiembre, respecto al monto del año 
previo, cuya suma acumulada es de 1.3 millones de dólares. Por su parte El Comercio 
(2016) afirma que, en Perú, las exportaciones de Aguaymanto aumentaron 161% entre 
2013 y 2015, gracias a la identificación de nuevos nichos de mercado, más presentaciones 
y cursos de capacitación a lo largo de la cadena de valor donde los pequeños productores 
tienen un plan de protagonismo. Asimismo, señala que los cuatro destinos principales son 
Holanda, Alemania, Estados Unidos y Canadá que representan el 73%. Los otros incluyen 
Francia, Japón, Corea del Sur, Reino Unido, Reino Unido, Nueva Zelanda, Australia y 
Chile. países con gran potencial. La Figura 1 muestra la transición a la exportación de 
productos aguaymanto. 
6 
 
Figura 1 
Evolución de las exportaciones del producto aguaymanto según sus principales 
mercados en Kilogramos (2012-2016) 
 
 
Evolución de las exportaciones. Adaptada de Superintendencia Nacional de Aduanas y 
Administración Tributaria (SUNAT, 2021) 
Con respecto al comerció en el Perú, las principales empresas exportadoras se 
presentan en la Figura 2, donde se observa que Vitallanos Perú S.A.C. tiene el 36% del 
mercado, Pronatur S.A.C. el 30%, Greenbox S.A.C 14% y otros 20% respectivamente. 
Figura 2 
Principales Empresas Exportadoras de Aguaymanto 
 
Elaboración propia. 
36%
30%
14%
20%
Principales Empresas Exportadoras de Aguaymanto
Vitallanos Perú S.A.C Pronatur S.A.C.
7 
 
Una de las principales exportadoras es Vitallanos Perú S.A.C., que es una empresa 
agrícola dedicada a la producción y comercialización de alimentos orgánicos naturales de 
alta calidad con altos niveles de proteína y propiedades nutritivas (Vitallanos Perú S. A. C, 
2020). Dentro de la gama de productos elaborados se encuentra el aguaymanto, el cual se 
procesa para obtener como presentación final el deshidratado de la fruta. El aguaymanto se 
divide en tres partes fundamentales: fruto, cáscara flotante y tallo; siendo el primer 
elemento, el único utilizado en procesos de transformación de subproductos para consumo 
humano. La cáscara y tallo se consideran desecho. En la Tabla 4, se observan los 
principales mercados a los cuales se les exportan los aguaymantos. Encabezando la lista en 
el 2016 está Estados Unidos, el cual es el principal cliente de la empresa Vitallanos Perú. 
Teniendo como producto principal el aguaymanto deshidratado. 
Tabla 4 
Principales Mercados 2016 
Mercado FOB-16(miles de US$) Porcentaje 
Estados Unidos 97.67 35 % 
Países Bajos 68.08 25 % 
Alemania 40.90 15 % 
Canadá 37.70 14 % 
Japón 15.97 6 % 
Francia 14.19 5 % 
Italia 2.64 1 % 
Hong Kong 0.15 0 % 
Aruba 0.08 0 % 
 
Fuente, SIICEX (2017) 
Para Vitallanos Perú S. A. C. (2017), el proceso de obtención del producto final no 
se encuentra debidamente automatizado, lo que se traduce en retrasos en el proceso de 
producción, elevado costo por horas-hombre y baja eficiencia en el consumo eléctrico. El 
proceso de separación entre fruto y desecho es realizado por 16 personas, las cuales 
proveen una cantidad variable de frutos por día, siendo común el no cumplir el flujo 
8 
 
necesario de alimentación de procesos posteriores. Las consecuencias de mantener el 
proceso de separación de forma manual son, incremento de costo por horas-hombre a 
mayor cantidad de fruto por día necesario, flujo de salida variable debido al error humado 
y consumo eléctrico innecesario por no completar las capacidades máximas de 
abastecimiento de procesos posteriores. 
1.1.2. Definición del Problema 
1.1.2.1. Árbol del Problema 
El proyecto tiene como base una necesidad real de una empresa, cuyo problema requiere 
una solución ingenieril y no solamente técnica. En la Figura 3, se observa el árbol del 
problema. 
Figura 3 
Árbol del problema 
 
Elaboración propia. 
 
 
9 
 
1.1.2.2. Problema General 
Ineficiente sistema de descascarillado de aguaymanto en la empresa Vitallanos Perú S.A.C. 
1.1.2.3. Problema Ingenieril 
¿Qué consideraciones tecnológicas e ingenieriles de diseño mecatrónico se deben tener en 
cuenta para el desarrollo de un sistema de descascarillado de aguaymanto para la empresa 
Vitallanos Perú, que cumpla con pelar 2 kilogramos por minuto de aguaymanto, con el 
objetivo aumentar la producción, reducir costos por horas-hombre y prevenir el daño en la 
materia prima? 
1.2. Estado del Arte 
Se realizaron visitas a planta de Vitallanos en donde se comprobó que la extracción 
de la cáscara de aguaymanto es un proceso muy complejo que involucra una gran cantidad 
de detalles. Entre los cuales se encuentra, el cuidado de la integridad del fruto, cantidad de 
frutos de salida por unidad de tiempo, evitar contacto con materiales no sanitarios, las 
diversas formas y tamaños de aguaymantos por temporada y la estructura de unión entre 
cáscara y fruto. Es importante aclarar que, ante cualquier desperfecto en cuanto a calidad, 
el fruto no podrá ser procesado ni exportado. Por ello, es necesario automatizar el proceso 
de extracción de cáscara de aguaymanto para finalmente tener un producto de calidad y 
con un flujo determinado de producción. A continuación, se mencionan productos y 
soluciones existentes, y estudios anteriormente publicados, donde se ofrecen diversas 
maneras de controlar este proceso automático como una solución alternativa a la situación 
del problema planteado. 
1.2.1. Productos y soluciones existentes 
En la actualidad, no existen patentes ni artículos científicos referidos al 
descascarado de aguaymanto empero, la empresa Prodmain S.R.L., realizó una publicación 
10 
 
donde se muestra una máquina que lleva a cabo la función en mención. Cabe resaltar, que 
esta empresa aún no cuenta con alguna página web o catálogo al cual se pueda consultar. 
Usualmente la cáscara de las frutas se encuentra muy pegados al mesocarpio, lo 
cual hace que el proceso de pelado requiera de un mecanismo distinto al caso que se 
analizará en este documento. Un caso que explica lo señalado son las manzanas, las cuales 
deben ser peladas con cierta precisión para aprovechar en su totalidad el producto y así 
evitar pérdidas. Este tipo de descascarillado hoy en día presenta ciertas dificultades, y no 
existe un modelo que sea completamente preciso que ayude a reducir el exceso de material 
que se perderá en el corte realizado al momento de despojar la cáscara. 
El aguaymanto presenta características similares con las nueces, almendras e 
inclusive arvejas, que también se encuentran dentro de un cascarón más grande con 
relación al fruto, a diferencia de las manzanas, piñas y mandarinas. En el mercado existen 
máquinas que realizan la extracción de la cáscara de las frutas mencionadas, estas 
presentan ventajas y desventajas. 
1.2.1.1. Maquina Pelador de Aguaymanto - Industria Prodmain 
La máquina peladora de aguaymanto de esta industria logra cumplir el objetivo de separar 
la cáscara del fruto. Se puede observarque el proceso aún cuenta con una parte operativa, 
por lo cual es semi automática. En la Figura 4, Se observa la salida de la maquina y los 
resultados finales. Esta cuenta con una tolva, en donde se almacenan los aguaymantos para 
ir ingresando poco a poco al mecanismo central. Internamente el sistema que utilizan para 
lograr la separación es desconocido. 
11 
 
Figura 4 
Maquina Peladora de Aguaymanto 
 
 
Máquina peladora de aguaymanto extraída de Facebook de la empresa PRODMAIN. 
Se observa en las imágenes que el agua es un papel principal en este proceso. Se presume 
que es para ayudar en el deslizamiento del fruto hacia el mecanismo principal de 
descascarado. El fruto cuenta con una cáscara muy rugosa, la cual fácilmente queda 
estancada con cualquier superficie que presente rugosidad. 
 
1.2.1.2. Robito Vaina - Pelamatic 
En la Figura 5, se puede observar al pequeño electrodoméstico Robito Vaina, el cual 
desgrana legumbres a través de un sistema de rodillos, los cuales aplastarán a la legumbre 
y la harán salir. El propio sistema de rodillos hará que la cáscara de la legumbre siga su 
paso y salga en una dirección distinta que a la legumbre pelada. 
Esta presentación tiene 2 aberturas, lo cual incrementará el número de desgranados por 
minuto. Pelamatic (2016) afirma, que este electrodoméstico desgrana 50 piezas por minuto 
y que es de bajo consumo. 
12 
 
Figura 5 
Robito vaina 
 
Maquina desgranadora de habas Robito vaina. Adaptada de Pelamatic (2016) 
 
1.2.1.3. Peladora de almendras de doble cuerpo con rodillos 
En la Figura 6, se observa una peladora de almendras. Esta máquina se encarga de pelar a 
través de un sistema de rodillos. La lógica que utiliza con el robito vaina es similar. 
Figura 6 
Peladora de almendras de doble cuerpo con rodillos 
 
Maquina peladora de almendras. Adaptada de Estupiña (2019). 
 
 
13 
 
1.2.2. Publicaciones Científicas/Ingenieriles 
Las publicaciones científicas e ingenieriles que se tomaron como referencia para la 
validación del producto son las siguientes: 
 Hatwar (2015), en la publicación titulada “Design and Analysis of Almond De-
husking and De-shelling Machine” en el International Journal of Engineering and 
Techniques, presenta el diseño y la implementación de una máquina para el 
descascarado de las almendras de bajo costo en la India. Debido a las condiciones 
sociales existentes en el año 2016, los agricultores están enfrentando problemas 
socioeconómicos como incapacidad para recibir tratamiento médico para sus 
familias, incapacidad de pagar deudas después de la pérdida de cosechas y acoso de 
prestamistas. 
 Pintado y Gárces (2017), en la publicación titulada “Diseño y Modelado de una 
Máquina Peladora de Almendras” de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias 
de la producción (FIMCP) de la Escuela Superior Politécnica Del Litoral, presenta 
una técnica de pelado de almendras por abrasión. Los autores proponen 
transformar la superficie de los rodillos a abrasivas mediante la operación de 
moleteado, la que transforma a abrasiva cualquier superficie. Este tipo de peladora 
tiene la ventaja de que se puede inspeccionar fácilmente el proceso de pelado, es 
fácil de manejar, existe un bajo costo de operación y separa la piel de las almendras 
peladas, obteniendo la materia prima clasificada. La única desventaja vendría a ser 
la difícil manufactura del sistema mecánico. 
 Gordillo y Jaramillo (2017), en la publicación titulada “Diseño, implementación y 
construcción de un prototipo de máquina procesadora de manzanas semiautomática 
para la empresa AMBAFood’s Cia.Ltda“, de la Universidad de las Fuerzas 
Armadas, presenta una técnica de pelado de manzanas, en el cual se usa un tridente 
14 
 
más eje centro para el ingreso y salida de la manzana. En el módulo de corte y 
pelado automático se usó el movimiento mediante contacto de engranes, junto con 
una cuchilla en U que cortará a la manzana mientras esta gira en su propio eje. Los 
beneficios de esta cuchilla son la fácil construcción, el bajo costo y la fácil 
limpieza. Hubo tablas comparativas en las cuales se tomaba la decisión de qué tipo 
de acero o aluminio utilizar en ciertas partes del proceso. Finalmente, se decidió 
usar acero ANSI 304 que es de grado alimenticio para todos los materiales 
utilizados en contacto directo con las manzanas. 
 Mohammed et al. (2010), en la publicación titulada “Optimization of some 
Operating Parameters for Steam Peeling of Cassava Tubes”, de la revista científica 
International Journal of ChemTech, se habla de cómo poder mejorar el método de 
pelado del tubérculo Cassava a través de vapor. La Cassava debe ser pelada para 
quitar las partes no comestibles de las raíces constituidas por el peridermo de 
corcho y la corteza que tiene glucósidos cianógenos tóxicos. El pelado de vapor usa 
agua a altas temperaturas para facilitar la eliminación de la piel de la Cassava. Este 
artículo, fue de gran ayuda para obtener otro panorama a investigar, pero 
lamentablemente este tipo de solución no es viable con los aguaymantos, ya que la 
forma de la cáscara es muy distinta. La inserción de vapor no lograría ningún 
cometido con el fruto del aguaymanto. 
 Egbeocha et al. (2016) en la publicación titulada “A Review on Perfomance of 
Cassava Machines in Nigeria”, de la revista científica Futo Journal Series, se 
hablan de los distintos métodos de pelado de algunos tubérculos. Entre los métodos 
destaca el método químico, con vapor y el manual. Se hace una comparación entre 
estos, en donde el proceso manual de pelado es considerado muy lento, con un 
caudal de 21.8 Kilogramos por hora. El método químico consiste en usar soluciones 
15 
 
calientes de hidróxido de sodio, lo cual hacía que los camotes pierdan la cáscara 
para luego facilitar el pelado posterior por agua, spray, o por cepillos. Este método 
no será el más apropiado para el aguaymanto debido a que se expondrá a grandes 
cantidades de hidróxido de sodio lo cual podría afectar a este a nivel molecular, 
obteniendo como producto final algo distinto a lo que se esperaba, además de una 
posible intoxicación alimentaria. 
1.3. Justificación 
Actualmente, la planta tiene una capacidad y un cuello de botella en el proceso de 
descascarado de aguaymanto como se explicó en la Figura 3. La cantidad de fruto recibido 
por la empresa es de 2 toneladas diarias y actualmente se cuenta con 16 personas cuya 
labor es extraer la cáscara de aguaymantos. Estos obtienen 30 centavos de sol por 
kilogramo de aguaymanto trabajado, siendo 18,000.00 nuevos soles el costo mensual 
aproximadamente, sin considerar los costos indirectos como los EPP’s, equipo de aseo 
diario y otros. La empresa no puede tener una mayor capacidad porque implicaría 
aumentar la cantidad de personal asignado al descascarillado, lo cual aumentaría los costos 
directos e indirectos, sin aumentar el margen de ganancia por venta. Adicionalmente a 
estos problemas, se tiene que el objetivo diario no suele ser cumplido. Por este tipo de 
razones la empresa Vitallanos propone un proceso automatizado. Se optó por tener una 
máquina que realice el 60% del objetivo como primer paso a la automatización del 
proceso, siendo así nuestro objetivo de 2 kg/min con un trabajo diario de 10 horas. La 
solución a la problemática planteada beneficiará a la empresa en los siguientes aspectos: 
 Reducir costos por hora-hombre en el proceso de producción, ya que, al automatizar 
el proceso de extracción la cantidad de personas implicadas se reducirá a un solo 
supervisor. 
 Aumentar el volumen de producción del aguaymanto como fruto seco, debido al flujo 
16 
 
constante obtenido a la salida del proceso de extracción. 
 Aumento en la producción diaria, sin tiempos muertos o cantidad de materia prima 
acumulada, asegurando dos toneladas de aguaymanto pelado por día. 
 La exportación del aguaymanto como fruto secoaumentará, ya que se podrá cumplir 
con la demanda actual con un flujo de producción estable. 
 Los desechos sobrantes, serán previamente comprimidos, lo que asegura menos uso 
de recipientes como bolsas. Además, estos al ser tratados pueden tener otras 
aplicaciones como bolsas, tela, entre otros. 
1.4. Objetivos 
1.4.1. Árbol de Objetivos: 
Se presenta el diagrama del árbol de objetivos en la Figura 7. 
17 
 
Figura 7 
Árbol de objetivos 
Elaboración propia. 
1.4.2. Objetivo General 
Mejorar la eficiencia del sistema de descascarillado de aguaymanto en la empresa 
Vitallanos Perú S.A.C a través del desarrollo de un sistema mecatrónico para la extracción 
de la cáscara. 
1.4.3. Objetivos Específicos 
 Diseñar un sistema de extracción de aguaymanto que descascare 2 kilogramos por 
minuto o 6 aguaymantos por segundo. 
 Diseñar los rodillos de tal forma que no dañen la materia prima, y los conserve 
intactos para el proceso de deshidratación posterior. 
 Reducir costo por horas-hombre invertidos en el proceso de descascarado manual. 
18 
 
1.5. Descripción de la solución propuesta 
1.5.1. Descripción 
A continuación, se presenta la descripción de la solución tanto en diagramas, 
funcionamiento y elementos a utilizar como sus limitaciones y resultados esperados. 
1.5.1.1. Diagrama Pictórico 
A continuación, se muestra en la Figura 8, el diagrama pictórico del sistema mecatrónico 
de extracción. 
Figura 8 
Diagrama pictórico del sistema mecatrónico de extracción 
Elaboración propia. 
19 
 
1.5.1.2. Diagrama de Bloques Diagrama de Tuberías e Instrumentación 
A continuación, se muestra en la Figura 9, el diagrama P&ID del proceso de extracción. 
Figura 9 
Diagrama P&ID del proceso de extracción 
 
Elaboración propia 
1.5.1.3. Funcionamiento 
A continuación, se mencionarán los pasos a seguir en el sistema automático de extracción 
de cáscara de aguaymanto: 
1. Se ingresan 20 kilogramos de aguaymanto progresivamente a la unidad de alineación. 
2. La unidad de distribución o zaranda vibratoria se encargará de controlar la orientación 
del tallo del aguaymanto, de manera que observe hacia adelante o hacia atrás, a la vez que 
controla la frecuencia de salida de los aguaymantos. 
3. La unidad de distribución provee a la unidad de transporte de materia prima, siendo 
esencialmente una faja trasportadora encargada de enviar el producto debidamente alineado 
a la unidad de extracción. 
20 
 
4. La unidad de transporte se diseñó previamente con el objetivo de observar el estado del 
producto antes de extraer la cáscara, siendo un sistema escalable a control de calidad. 
5. La unidad de transporte alimentará con un flujo ordenado de aguaymantos a la unidad de 
alineamiento, la cual se encargará de cambiar la dirección del aguaymanto usando su 
posición actual, a una forma en la cual podrá ser separado de su cáscara y tallo. 
6. La unidad extracción, se ubica al final de la unidad de alineamiento, y está compuesta 
por rodillos especialmente diseñados para separar el fruto de la cáscara y el tallo. 
7. La unidad de extracción tendrá una guarda que evitará que los rodillos trituren por 
completo a los aguaymantos. 
8. La unidad de extracción se encarga de separar el fruto del tallo y cáscara, mediante la 
presión ejercida en la unión de estos. 
9. El fruto de aguaymanto caerá por gravedad para finalmente ser almacenado, mientras la 
cáscara y tallo se separa, y almacena para posteriormente ser desechada, 
10. Finalmente, los aguaymantos que no llegaron a ser pelados por su diversa forma serán 
pelados manualmente al momento de pasar al área de almacenamiento. 
1.5.1.4. Limitaciones de la solución 
Como toda solución industrial inicial, este sistema de extracción automatizado tiene 
limitaciones tanto tecnológicas como académicas, las cuales se describen a continuación: 
 La unidad de distribución debe ser recargada cada minuto, debido a la capacidad de la 
zaranda. 
 Para cumplir con el objetivo de 2 kilogramos de aguaymanto por minuto, se deben 
agregar más líneas de producción y un sistema de alimentación continuo. 
 El sistema automatizado solo realiza el proceso de extracción de la cáscara. 
21 
 
 La elaboración de la unidad de extracción será fabricada con materiales no sanitarios, 
debido a que es más accesible en precio y tiempo. Al determinar el modelo final de los 
rodillos, estos serán fabricados en material sanitario. 
1.5.1.5. Resultados esperados: 
Para satisfacer la necesidad planteada se espera que el sistema de control cumpla los 
siguientes requisitos: 
 Un sistema de extracción que conserve la integridad del fruto y sea capaz de cumplir un 
volumen continuo de producción. 
 Reducción de costos por hora-hombre, en la implementación de la versión final. 
 Un sistema escalable dependiendo de las necesidades del mercado en volumen de 
producción. 
 Capacitar al personal operario para este nuevo sistema de extracción. 
1.6. Aplicaciones y usuarios potenciales del producto 
A continuación, se presenta las posibles aplicaciones de la solución industrial final 
como sus potenciales usuarios. 
1.6.1. Aplicaciones del producto 
El producto final tendrá como objetivo el pelado de 2 kg por minuto de 
aguaymantos, el cual fue solicitado por la empresa. La máquina por el momento solo 
tendría esa función. Sin embargo, puede ser utilizado en el desvainado y pelado de otras 
frutas o legumbres tal como en el caso de las arvejas, habas, maíz, pacay, almendras, soya, 
pistachos, frijol, garbanzos y posiblemente lúpulos. 
En la Figura 10, se observa la forma como es que viene la arveja. Estas pueden ser 
peladas fácilmente usando la misma lógica usada por el aguaymanto. Inicialmente, en la 
parte del estado del arte se presentó una solución al pelado de habas, el cual es el Robito 
22 
 
Vaina. Esta presentación es muy cómoda y de un uso común en la casa, pero 
lamentablemente no se encuentra una aplicación de ese mecanismo a una escala industrial. 
Figura 10 
Arvejas 
 
Adaptado de Fiit (2021) 
Se observa en la Figura 11, que las habas tienen una capucha que envuelve a un 
pequeño conjunto de habas. Estas están sujetadas a través de un extremo superior casi de la 
misma forma que el aguaymanto, por lo cual el éxito de la máquina a desarrollar podría 
compartirse en este caso en aplicaciones hacia esta hortaliza comestible. 
Figura 11 
Habas 
 
Adaptado de UnComo (2017). 
23 
 
El maíz tiene un envoltorio junto con un tallo, el cual puede ser extraído con el 
mecanismo planteado. El tamaño del tallo es mucho más grueso que el de un aguaymanto, 
por lo cual el diseño de los rodillos estaría sujeto a cambios. A continuación, se muestra la 
Figura 12 y Figura 13. 
Figura 12 
Pacay 
 
 
Adaptado de 7 beneficios maravillosos de esta fruta Peru.com (2018). 
Figura 13 
Maíz 
 
 
Adaptado de Máxima (2020). 
Esta fruta tiene una presentación parecida al de las arvejas. Usando la metodología 
del robito vaina, la fruta en su interior podría ser extraída fácilmente, por lo cual el 
24 
 
desarrollo de la maquinaria también podría ser usada en este tipo de aplicación. La Figura 
14, muestra el fruto. 
Figura 14 
Garbanzo 
 
 
Adaptado de El poder del Consumidor A.C (2015). 
En la Figura 15, se observa la forma de la rama de lúpulo. En las empresas de 
lúpulo, estas grandes ramas son ingresadas a través de una tolva de un camión a un sistema 
mecánico el cual separa las ramas del lúpulo con una efectividad del 15 por ciento en 
donde suelen escaparse ciertas cantidades de ramas y hojas. 
Figura 15 
Rama de lúpulo 
 
 
Adaptado de Cerveza Artesana (2020). 
25 
 
1.7. Viabilidad 
A continuación, se presenta el estudio de la viabilidad de la solución industrial 
planteada. 
1.7.1. Viabilidad técnica: 
Los autores del proyecto cuentan con la experiencia necesaria para desarrollar el 
presente proyecto de manera satisfactoria. En términosgenerales se hará uso de los 
conocimientos mostrados a continuación: 
 Automatización Industrial. 
 Sensores y Actuadores. 
 Electrónica Industrial. 
 Mecánica para ingenieros. 
 Dibujo asistido por computadora 1 y 2. 
 Manufactura Integrada por Computadora. 
 Sistemas CAD/CAM. 
Además, se cuenta con acceso a la planta de Vitallanos Perú S.A.C, en la cual se 
puede tener acceso a una gran cantidad de materia prima para realizar pruebas. 
Los materiales y componentes han sido adquiridos por cuenta propia. La versión 
anterior de la máquina se encuentra en la casa de los autores. Así también se tiene acceso a 
conseguir kilos de aguaymantos para pruebas. Lo que respecta a los nuevos prototipos 
estos se podrán hacer sin problema alguno con diseño 3D o 2D (Con corte CNC o 
Impresión 3D). 
1.7.2. Viabilidad económica: 
El desarrollo del proyecto será financiado en su totalidad por los autores. 
26 
 
Tabla 5 
Lista de costos del proyecto 
Ítem Descripción Cant. 
Precio 
Unid. 
Precio Total 
1 
Llave térmica termomagnética 3 fases 30 
AMP 
1 S/. 50.00 S/. 50.00 
2 Llave termina 10 AMP 3 fases 4 S/. 25.00 S/. 100.00 
3 Contactor trifásico bobina 24 V. 220 V 4 S/. 127.00 S/. 508.00 
4 Llave térmica monofásica 8 AMP 1 S/. 20.00 S/. 20.00 
5 Botón N/O para 24 V DC 1 S/. 10.00 S/. 10.00 
6 Botón N/C para 24 DC 1 S/. 10.00 S/. 10.00 
7 Botón de parada de emergencia 24 V DC 1 S/. 12.00 S/. 12.00 
8 
Motor vibrador para zaranda vibratoria ¼ 
HP. 220 V 
1 S/. 400.00 S/. 400.00 
9 Motor ½ HP faja transportadora 1 S/. 200.00 S/. 200.00 
10 Rodillos 1 S/. 900.00 S/. 900.00 
11 Variador de velocidad YX3000 2 S/. 400.00 S/. 800.00 
12 Compra de ejes 1 S/. 23.00 S/. 23.00 
13 Consumibles 1 S/. 50.00 S/. 50.00 
14 Prototipado de nuevo diseño de rodillos 1 S/. 120.00 S/. 120.00 
15 Prototipado de filtro de aguaymanto 1 S/. 80.00 S/. 80.00 
16 Trabajo de estructura metálica 1 
S/. 
1,400.00 
S/. 1,400.00 
17 Software Inventor (Subscripción 1 mes) 1 
S/. 
1,026.64 
S/. 1,026.64 
18 
Autodesk AutoCAD LT (Subscripción 1 
mes) 
1 
S/. 
200.67 
S/. 200.67 
 Total S/. 5,910.31 
 
Elaboración propia 
En la actualidad, la cantidad de aguaymanto recibido por la empresa Vitallanos 
Perú S.A.C es de 2 toneladas diarias, esta fruta se encuentra distribuida en cajas de diez 
kilogramos cada una. Los encargados de extraer la cáscara del aguaymanto son 
aproximadamente 16 personas, las cuales obtienen treinta centavos de sol por kilogramo de 
aguaymanto trabajado. El costo por realizar el proceso de extracción de cáscara 
manualmente sería de 18,000.00 nuevos soles mensuales aproximadamente, esto sin 
considerar los costos indirectos como, el equipo de aseo diario. 
El aguaymanto es un fruto que no tiene una temporada fija, ya que todo el año se 
cosecha. Sin embargo, un solo proveedor no es suficiente para cumplir con los pedidos 
27 
 
impuesto a la empresa por diversos clientes, por lo cual se optó por recibir la cantidad de 2 
toneladas diarias sumando las entregas de diversos proveedores de materia prima. 
La cantidad de 454 gramos de fruto seco de aguaymanto tiene un precio promedio 
de 68.26 nuevos soles en Estados Unidos, como indica la Tabla 6. La materia prima 
necesaria para la producción de esta cantidad de fruto seco es de 1 kilogramo 
aproximadamente. El precio de compra al por menor, por un kilogramo de aguaymanto, es 
de 9 nuevos soles. Al considerar un costo de 9 nuevos soles por materia prima, frente a un 
precio de venta promedio de 68.26 nuevos soles, confirmamos un amplio margen de 
ganancia, sin incluir costos por consumo eléctrico y exportación, ya que son datos 
confidenciales de la empresa. 
Tabla 6 
Precio de venta en Amazon Nueva York 
Marca 
Cantidad 
(gramos) 
Precio de venta 
(dólares) 
Precio de venta 
(nuevos soles) 
Valor promedio 
(nuevos soles) 
Healthworks 454 $ 19.99 S/. 75.96 
S/. 68.26 
Alovitox 454 $ 21.99 S/. 83.56 
Terrasoul 454 $ 14.99 S/. 56.96 
HerbaZest 454 $ 14.90 S/. 56.62 
SB Organics 454 $ 17.95 S/. 68.21 
 
 Elaboración propia 
En la Tabla 7, se observa el consumo eléctrico del proyecto a desarrollar, mientras 
que en la Tabla 8, se observa el costo por dicho consumo. Adicionalmente, se añadió los 
costos de limpieza y mano de obra para obtener un presupuesto mensual. 
Tabla 7 
Consumo eléctrico 
Producto Potencia (Hp) Potencia (KW) 
Motor Siemens ½ HP 0.5 0.67 
Motor Vibrador 1 HP 1.00 1.34 
Total 1.50 2.01 
 
Elaboración propia 
28 
 
A continuación, se hizo una tabla con el consumo eléctrico en kilowatt-hora 
correspondiente a la parte de fuerza del equipo, los motores. Se consideró una tarifa horaria 
con medición doble de energía y contratación o medición de dos potencias (MT2), 
tomando como referencia Lima Norte y un precio de 25.55 centavos por Kilowatt hora. La 
Tarifa para la venta de energía eléctrica de Enel (Anexo, 17). Se considero que la máquina 
trabajará 5 días de la semana durante todas las semanas del mes. Otras variables por 
considerar son el costo del operario y de la limpieza, los cuales serán fundamentales 
debido a que la máquina es semi automática y depende de una limpieza posterior al uso 
para evitar fuentes infecciosas. La limpieza es realizada fundamentalmente en los rodillos, 
el reservorio de fruto y de cáscaras. El compuesto a utilizar en los rodillos actualmente es 
una solución de alcohol en agua. Se usa un cepillo para limpiar correctamente las 
dentaduras de los rodillos y para el repositorio un trapo. La faja y la zaranda se limpiarán 
con una frecuencia de 2 días debido a que el fruto en esos bloques de proceso no llega a ser 
comprimido. En estas partes también se usaría un paño húmedo. Para la compra de estos 
insumos se dispone de un presupuesto de 200 soles mensuales. 
En conclusión, si se considera el pago de 1,200.00 nuevos soles al operario único 
que se encontrará a cargo de la máquina, 1,000.00 nuevos soles de mantenimiento 
mensual, el costo eléctrico y de limpieza, se tendría un total mensual de 2523.25 soles de 
costo mensual. El flujo de aguaymantos descascarados de los 16 operarios llegaría a ser 
166 kg/h considerando que las horas de trabajo son 12 y el objetivo diario en temporada 
del fruto en la empresa es de 2 toneladas diarias. El objetivo de la máquina es realizar 120 
kg/h, lo cual llegaría a reemplazar 11 operarios, lo cual llegaría a ser un total de 10450 
soles mensuales siendo este el retorno que generaría la máquina. 
29 
 
Al realizar un análisis VAN y TIR con una tasa de interés del 20% se obtuvo un 
VAN de 5997 y un TIR de 40.62% como se indica en la Tabla 8, con lo cual se comprueba 
que el proyecto generará ganancias y es rentable. 
Tabla 8 
Análisis VAN y TIR del proyecto 
MES 0 1 2 3 4 
Costo de Ensamblado S/.12,000.00 S/.0.00 S/.0.00 S/.0.00 S/.0.00 
Costo de Operario S/.1,200.00 S/.1,200.00 S/.1,200.00 S/.1,200.00 S/.1,200.00 
Mantenimiento S/.1,000.00 S/.1,000.00 S/.1,000.00 S/.1,000.00 S/.1,000.00 
Limpieza S/.200.00 S/.200.00 S/.200.00 S/.200.00 S/.200.00 
Costo Eléctrico S/.123.25 S/.123.25 S/.123.25 S/.123.25 S/.123.25 
Retorno S/.0.00 S/.10,450.00 S/.10,450.00 S/.10,450.00 S/.10,450.00 
 
Elaboración propia. 
𝑉𝐴𝑁 = 5997.00 
𝑇𝐼𝑅 = 40.62% 
1.7.3. Viabilidad social: 
Existe poco desarrollo en lo que son innovaciones tecnológicas con algún fruto de 
producción competitiva en el Perú. Al realizar este tipo de trabajos se presentan a la 
sociedad más opciones a tener una mejor calidad de producto y más ganancias. Así 
también se demuestra el potencial del desarrollo tecnológico peruano. 
Por lo dicho anteriormente, se concluye que el proyecto es socialmente viable. 
1.7.4. Viabilidad operativa: 
Los requerimientos operativos para el correcto funcionamiento de la maquinaria 
son los siguientes: