Este documento presenta el desarrollo de un dispositivo piloto para la extracción de jugo de naranja. Describe los antecedentes y requerimientos del cliente, el análisis de la competencia, las especificaciones de ingeniería, las funciones y conceptos generados, y la alternativa de diseño seleccionada. El objetivo es desarrollar una máquina que minimice la intervención humana, aumente la producción y ofrezca un precio accesible.

1. JUAN DAVID MONGUÍ ROJAS
DIEGO ALEJANDRO TABARES GÓMEZ
JAIR ALEXANDERTORRES DELGADO
Bogotá D.C., junio de 2010
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXVI MUESTRA
DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
DISPOSITIVO PILOTO PARA LA EXTRACCIÓN DE JUGO
DE NARANJA

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
ANTECEDENTES
A través del tiempo se han propuesto desarrollos tecnológicos tendientes a la
automatización del procedimiento para evitar así la intervención humana
continuada a través del proceso. Estos proyectos provienen de la academia y de la
industria especializada.
En la Universidad Nacional de Colombia se han desarrollado prototipos con este
fin, la Máquina peladora exprimidora de naranja “zumo”, desarrolla una posible
solución al sistema de aprovechamiento de productos de la naranja en la zona de
la Alpujarra (Tolima) (Cufino Marin y Mateus Silva 1996)
Desde la Universidad se desarrolló otra solución a la problemática propuesta
anteriormente, La máquina peladora y exprimidora de naranjas(Chubash Peña
1995)
FINANCIACIÓN
La financiación completa del desarrollo del dispositivo corre por cuenta del grupo
de diseño dadas las condiciones de mercado que limitan la inversión a maquinas
desarrolladas y no a investigación de modelos desde la academia.

3. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
VALOR DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Inicialmente el proyecto se valora según su aporte social como muy alto por la
influencia en la calidad de vida de los operarios finales y desde luego en la calidad
del jugo extraído finalmente.
El proyecto se estima inicialmente en $1.450.000, valor que cubre los costos de
markenting, diseño, manufactura, ensamble y validación del prototipo. Sin embargo
este valor será modificado según los materiales y proceso de manufactura
implementados dada su naturaleza de proyecto de desarrollo y no de uso final.
El costo inicial se desglosa de la siguiente manera:
Marketing $250.000
Diseño $300.000
Manufactura $700.000
Validación del prototipo $200.000

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE DISEÑO
El problema principal de diseño es la intervención constante y manifiesta del
operario durante el proceso de extracción con una afectación clara de su salud
y una calidad disminuida del producto final.
Sin embargo, el no aprovechamiento de la materia prima se convierte en el otro
problema a abarcar, las prácticas no adecuadas de extracción hacen del
procedimiento tradicional un foco de poca eficiencia que es atacado por el
grupo de diseño.

5. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
En vista del mercado en potencia que significan lo pequeños y medianos
productores de jugo de naranja, se establecieron metas que indicaran con mayor
claridad que factores limitaban la producción y servicio óptimo.
Los criterios más importantes y características funcionales que debe proporcionar
la solución diseñada deben ser:
Disminuir la intervención humana
Minimizar el tiempo de producción por vaso de jugo de naranja
Usar de 3 a 4 naranjas por cada vaso de jugo
Conseguir un precio accesible

6. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Se encuentran varias empresas que tienen como propósito común el desarrollo
tecnológico de la extracción de jugo, es así como estas empresas muestran
diversos artefactos y máquinas con los que quieren conseguir la extracción de jugo
a un bajo costo y altas velocidades.
Como principales empresas que se dedican a la producción de máquinas se
encuentran: Zumex, Zummo, Zumoval y JuiceMachine; aunque, hay más empresas
dedicadas a dicha producción, pero el hecho de importarlas desde Estados
Unidos, Europa y Brasil, genera un alto costo en la adquisición de las mismas.
Desde este punto de vista, el grupo de diseño pretende un desarrollo de bajo costo
fundamentalmente por las facilidades de mercado que podrían adquirirse al
constituirse como una industria nacional.

7. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
El despliegue de la función de calidad a partir de los requerimientos generados
directamente mediante el método de encuesta, de la inferencia de información de
la misma fuente y de los criterios de diseño propuestos por el grupo, determinan
junto con variables de ingeniería apropiadas la características del producto que se
pretende presentar al mercado.
Por otra parte permite comparar las especificaciones del diseño propuesto con las
que ofrecen los métodos existentes en el mercado cualquiera sea su naturaleza
(dispositivos manuales, automáticos o semiautomáticos). Este método garantiza la
identificación de fortalezas de diseño del prototipo a proponer.

8. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
Se establecen entonces parámetro de ingeniería apropiados:
Peso completo (kg)
Potencia del motor (hp)
Resistencia a la corrosión (% en peso/mes)
Dimensiones de la máquina (m3)
Número de piezas en contacto con la naranja
Número de piezas de transmisión
Litros de jugo por minuto (lt/min)
Naranjas usadas en un minuto
No.de controles para funcionamiento
Ruido de la máquina (dB)
Resistencia a la fatiga (No. De ciclos)
No de piezas únicas
Tamaño naranjas (m3)
Capacidad de carga (No. De naranjas)
Grado de postprocesamiento
Consumo de energía (W)
Resistencia mecánica de la naranja (Mpa)

9. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Producir jugo
de naranja
Almacenar
naranjas
Facilitar colocación de
naranjas
Permitir uso con una
postura adecuada
Buscar comodidad de uso
Soportar Peso de las
naranjas
Soportar elementos propios
Resistir
sobrecargas
Permitir paso de la naranja
para corte
Propiciar movimiento de
naranjas
Guiar
naranjas
Evitar bloqueo por
apiñamiento

10. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Producir jugo
de naranja
Cortar las
naranja
Posicionar la
naranja
Aprovechar movimiento previo
Ubicar la naranja
adecuadamente
Contener la
naranja
Detener
movimiento
Aplicar fuerza
Partir la
naranja
Guiar el corte
Aplicar fuerza
de corte

11. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Producir jugo
de naranja
Extraer el jugo
de la naranja
Posicionar las
secciones de
naranja
Aprovechar
movimiento previo
Ubicar las secciones
adecuadamente
Exprimir las
secciones de
naranja
Aprovechar al máximo la
pulpa
Aplicar presión
adecuadamente
Aplicar Torsión
adecuadamente
Contener jugo salpicado
Dirigir jugo

12. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Producir jugo
de naranja
Separación de
residuos
orgánicos
Separar
cáscaras
Aprovechar movimiento
previo
Dirigir las
cáscaras
Retirar cáscara del proceso
Separar
semillas
Filtrar semillas
Dirigir semillas
Retirar semillas del
proceso

13. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Producir jugo de
naranja
Disponer el jugo en
recipiente
Orientar jugo a recipiente
Facilitar retiro del jugo por el
operario
Permitir uso con una postura
adecuada
Buscar comodidad de uso

14. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
Mediante la claridad que ofreció la construcción y obtención del diagrama de
descomposición funcional, se llevó a cabo un proceso de generación de ideas
inicial en forma de Brainstorm para cada grupo de funciones establecido.
A partir de este ejercicio de generación espontánea de ideas se buscó dejar a un
lado restricciones que en ocasiones solemos contraponernos y que pueden limitar
las posibilidades de generación de conceptos.
Los conceptos, se generaron entorno a cada una de l as funciones establecidas
anteriormente. Así, se concibieron los siguientes.
ALMACENAMIENTO
Estructura de varilla inclinada con canal
Tolva con guías triangulares desmontables
Estructura con guías planas desmontables
Estructura con tolva en tela

15. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
CORTE
Zumex doble disco
Zumex mono disco
Cuchilla en movimiento
Mecanismo de garfio
ALMACENAMIENTO
Estructura de varilla inclinada con canal
Tolva con guías triangulares
desmontables
Estructura con guías planas
desmontables
Estructura con tolva en tela
EXTRACCIÓN
Hembra macho rotacional desmontable
Machos actuadores con copa giratoria
Cuchilla semicircular rotacional con
hembra traslacional.
SEPARACIÓN DE RESIDUOS
Placa guía
Barrido con posicionamiento de nueva
naranja
Placa hembra que se inclina
Tamiz horizontal
Tamiz en triángulo
Doble Tamiz
Tamiz inclinado

16. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
DISPOSICIÓN DEL PRODUCTO
Tolva y válvula
Tolva sin válvula
ALMACENAMIENTO
Estructura de varilla inclinada con canal
Tolva con guías triangulares desmontables
Estructura con guías planas desmontables
Estructura con tolva en tela

17. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO GLOBAL DOMINANTE Y
JUSTIFICACIÓN
La selección del concepto dominante se hizo a partir de criterios de decisión
establecidos por el grupo de trabajo. Criterios que se definieron a partir de
ponderaciones de los conceptos según función previamente propuestos. Así, se
estableció una ponderación alternativa de funciones. Los puntajes obtenidos se
complementaban con la viabilidad de relación entre conceptos.
Esquema
Califi-
cación
Puntuación
Ponderada
Esquema
Califi-
cación
Puntuación
Ponderada
Esquema
Califi-
cación
Puntuación
Ponderada
Esquema
Califi-
cación
Puntuación
Ponderada
Esquema
Califi-
cación
Puntuación
Ponderada
Esquema
Califi-
cación
Puntuación
Ponderada
Estructurade varilla
inclinadaconcanal
23 3,68
Tolvaconguías
triangulares
desmontables
18 2,88
tolvaconguiasplanas
desmontables
24 3,84
Estructuracontolvaen
tela
15 2,4
Zumex doble disco 29 6,67 Zumex monodisco 23 5,29 Cuchillaenmovimiento 16 3,68 Mecanismodoble garfio 16 3,68
Zumex hembrasmacho
rotacional
24 6,96
Hembramachorotacional
desmontable
26 7,54
Machosactuadoresa
presionconcoparotatoria
16 4,64
Machosactuadoresa
presionconcopafija
22 6,38
Hembramachorotacional
concopagiratoria
(diferencial)
12 3,48
Cuchillasemicircular
giratoriaconhembra
translacional (fresa)
17 4,93
PlacaGuia 26 2,6
barridocon
posicionamientode la
nuevanaranja
24 2,4
Placahembraque se
inclina
16 1,6 0
Tamizhorizontal 22 1,98
Tamizenformade
triangulo
16 1,44 Doble tamiz 13 1,17 Tamizinclinado 20 1,8
CONCEPTOS
La alternativa seleccionada por el criterio anterior se evaluó finalmente con los
requerimientos del cliente, brindando así la importancia a la voz del cliente y
tomando la última decisión según su opinión.

18. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
A este punto se han definido funciones primordiales y claramente diferenciadas,
que permiten una división coherente de sistemas. Se establecen entonces
relaciones entre cada uno de los sistemas propuestos para determinar
correctamente la arquitectura del producto. Así se establece el siguiente
diagrama de relación.

19. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
El cálculo de cada uno de los
elementos de la máquina se hizo
acorde a su importancia y se
emplearon herramientas de
ingeniería apropiadas para cada
caso.
El cálculo más importante de
ingeniería en el dispositivo se hizo en
cada uno de los ejes del dispositivo,
se uso la herramienta MIT calc. La
relevancia de esta pieza detuvo al
grupo de diseño debido a su
importancia y trascendencia.
La modelación y determinación de
geometrías y ensambles se
desarrolló en el entorno de Solid
Edge.

20. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
Conserva las propuestas y opiniones del
cliente a seguir:
-Geometría esbelta y alargada similar a
una greca
-Fácil alimentación y capacidad de carga
en la parte superior
-Fácil recolección de residuos orgánicos
en el tamiz y el recipiente para cáscaras.
-Apariencia agradable y atractiva para
clientes potenciales
-Fácil limpieza por diseño modular
-.Aprovechamiento máximo de materia
prima y uso óptimo de energía.

21. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
A continuación se describe el uso de la
máquina.
-Se alimenta la máquina en la parte
superior
-Se acciona la máquina permitiendo el
paso de las naranjas
-El paso a través de la cuchilla divide la
naranja en 2 y posteriormente es
exprimida
-El mecanismo de separación de
cáscaras y el tamiz separan los residuos
sólidos del producto final.
-El jugo se dispone en el recipiente con
el que cuente el operario.

22. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
El dispositivo responde a una necesidad social de empleo en condiciones
favorables para los participantes, es decir, promueve un excelente desempeño del
operario y sobretodo, da a este condiciones de trabajo que no repercutan en su
salud y desempeño laboral posterior.
La solución resulta ser también económicamente atractiva para pequeños y
medianos productores que encuentren en la versatilidad y funcionalidad de la
máquina una opción rentable de inversión con recuperación a corto plazo de
capital.
Finalmente, es también el consumidor de jugo de naranja quien se verá
beneficiado pues el consumo de jugo de naranja será ahora más saludable, limpio
y a un costo más apropiado.

23. ANÁLISIS ECONÓMICO
M a t e r ia pr ima
M a n uf a
c t ur a
y/ o
e n s a mbl
e
O bs e r v a c ió n
Mo t o r $ 474.000 $ 20.000
c o s t o s mo n t aj e
el éc t r ic o
C o r r ea $ 40.000
Po l eas $ 40.000
C h umac er as $ 100.000
Un io n es $ 40.000
Hembr a $ 100.000 $ 120.000 Nyl o n 6 .6
Mac h o $ 120.000 $ 80.000 Nyl o n 6 .6
El ips e $ 30.000 $ 20.000 Nyl o n 6 .6
En g r an aj es $ 40.000 $ 140.000 Nyl o n 6 .6
s o po r t e
c uc h il l a
$ 20.000 Nyl o n 6 .6
Sis t ema
al mac en amien t
o
$ 80.000 $ 90.000 Po l iac r íl ic o
C ubier t a $ 70.000 $ 25.000 Po l iac r íl ic o
C an ec a
c ás c ar as
$ 25.000 $ 5.000 Po l iac r íl ic o
L ámin as
es t r uc t ur a
$ 440.000 $ 80.000 Ac er o in o xid abl e
pl at af o r ma
al imen t ac ió n
$ 40.000 $ 10.000 Ac er o in o xid abl e
Ext r ac c ió n
c ás c ar as
$ 20.000 $ 10.000 Ac er o in o xid abl e
Fil t r o $ 40.000 $ 50.000 Ac er o in o xid abl e
C o r t e y
en s ambl e
per f il es
es t r uc t ur al e
s
Per f il es $ 34.000 $ 10.000 A6
Ej e Mac h o $ 90.000 $ 60.000 Ac er o in o xid abl e 3 0 4
Ej e Hembr a $ 90.000 $ 60.000 Ac er o in o xid abl e 3 0 4
En s ambl e
t o t al
$ 200.000
Pl ás t ic o s
po r r emo c ió n
d e mat er ial
Do bl ad o y
en s ambl e
l ámin a
pl ás t ic a
C O S T O S D IS P O S IT IVO
Mat er ial es r eq uer id o s en t r at amien t o d e
al imen t o s
c a t e g o r ia s
P ie z a s y
s ubc o n j un t o
s
Piezas
es t an d ár
L ámin a
met ál ic a
Met al es po r
r emo c ió n d e
mat er ial
C O S T O T O T AL
c o s t o d e d is eñ o $ 1.165.200
$ 4.078.200

24. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•El dispositivo propuesto por el equipo de trabajo se configura como una
solución a pequeños y medianos productores que vean su productividad
restringida por tiempo o capacidad y vean en el espacio o rentabilidad una
limitante de inversión.
• El desarrollo de la máquina debe contar con un aporte de capital que logre
cumplir con los requerimientos de materiales para conseguir métodos de
producción adecuados.
•Los desarrollos posteriores deben incluir la optimización de uno o varios
componentes o sistemas para garantizar la sincronía y eficiencia del
dispositivo.
•Se debe caracterizar la cinemática del dispositivo de tal manera que se
garantice el proceso completo para obtener el jugo de naranja.
•Se debe mejorar la ergonomía y apariencia de la máquina para generar un
mayor impacto de mercado, para mejorar las posibilidades de comercio del
dispositivo.
•Sería ideal que el sistema fuera ajustable para exprimir otros cítricos
mediante adaptación de los sistemas de corte y extracción. Factor
complementario y atractivo para nuevos inversionistas.

25. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
Chubash Peña, Pazid. Peladora y exprimidora de naranjas. Bogotá D.C.: Universidad Nacional de Colombia, 1995.
Cufino Marin, Allan Rodolfo, and Juan Diego Mateus Silva. Máquina pelador exprimidora de naranja "zumo". Bogotá D.C.:
Universidad Nacional de Colombia, 1996.
Juicemachine. Juice Machine. http://www.juicemachine.com.br/espanol/tecnologia.htm (accessed Marzo 5, 2010).
Técnicas, Instituto Colombiano de Normas. NTC 1268-3 Almacenamiento Naranjas. Bogotá: ICONTEC, 1995.
Técnicas, Instituto Colombiano De Normas. NTC 4086 Naranja Valenciana. Bogota: ICONTEC, 1997.
Técnicas, Instituto Colombiano de Normas. NTC 5078 Terminología concerniente al acero. Bogotá: ICONTEC, 2002.
Ullman, David G. Mechanical Design Procces. Mc Graw Hill, 1991.
Ulrich, Karl T, and Steven D Eppinger. Diseño y desarrollo de productos. Enfoque multidisciplinario. Mexico D.F.: McGraw
Hill, 2004.
Zumex. Zumex. Abril 2010. http://www.zumex.com/home.asp?sel=1&idp=Colombia.
Zummo. Zummo. Abril 2010. http://www.zummo.es/.
Zumoval. Zumoval. Abril 2010. http://www.zumoval.com/.
Solid Edge
Working Model
MIT calc

26. MUCHAS GRACIAS
Juan David Monguí Rojas- jdmonguir@unal.edu.co
Diego Alejandro Tabares Gómez – databaresg@unal.edu.co
Jair Alexander Torres Delgado – jatorresde@unal.edu.co