Desarrollo conceptual de un prototipo agroindustrial para la apertura de la nuez de marañón de Puerto Carreño - Vichada - Sánchez Pardo, Anderson Alejandro (Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería, 2024)
La producción de nuez de marañón en Puerto Carreño enfrenta una brecha tecnológica significativa que limita su procesamiento, dependiente en gran medida de métodos manuales con baja productividad y alta variabilidad. Esta investigación aborda la problemática mediante el diseño conceptual de un prototipo para la apertura de la nuez de marañón, utilizando la metodología de diseño de Pahl y Beitz. Se inició con la caracterización de las propiedades físicas, morfológicas y mecánicas de las nueces producidas en la región, lo que permitió establecer los requerimientos técnicos para el proceso de apertura. Además de la caracterización del proceso de apertura de la nuez de marañón en la región en términos de los indicadores propuestos por la literatura. El diseño conceptual incluyó la generación, evaluación y selección de principios de solución, materializándose en un prototipo manual y su posterior evolución hacia un modelo semiautomatizado. Los ensayos realizados demostraron que el proceso de apertura de la nuez es sensible al tratamiento térmico aplicado a la nuez, y que puede presentar alta variabilidad en los resultados. Por su parte, el prototipo semiautomatizado logró mayor consistencia y redujo la variabilidad, además de aumentar la capacidad de procesamiento a hasta 19 kg/h por línea de producción. Este desarrollo no solo mejora la productividad en el procesamiento local, sino que también representa una solución tecnológica adaptable a las necesidades de pequeños y medianos transformadores. Los resultados obtenidos sirven como base para futuras mejoras en el diseño y su potencial escalamiento industrial, contribuyendo al fortalecimiento de la cadena productiva de la nuez de marañón en la región.

Cashew nut production in Puerto Carreño faces a significant technological gap that limits its processing, relying heavily on manual methods characterized by low productivity and high variability. This research addresses the issue through the conceptual design of a prototype for cashew nut shelling, utilizing the Pahl and Beitz design methodology. The study began with the characterization of the physical, morphological, and mechanical properties of the cashews produced in the region, enabling the establishment of technical requirements for the shelling process. Additionally, the regional shelling process was characterized in terms of indicators proposed in the literature. The conceptual design involved generating, evaluating, and selecting solution principles, resulting in the development of a manual prototype and its subsequent evolution into a semi automated model. Testing revealed that the shelling process is sensitive to the thermal treatment applied to the nuts, which can lead to high variability in results. However, the semi-automated prototype achieved greater consistency, reduced variability, and increased processing capacity to up to 19 kg/h per production line. This development not only enhances local processing productivity but also represents a technological solution adaptable to the needs of small and medium-scale processors. The results provide a foundation for future design improvements and potential industrial scaling, contributing to the strengthening of the cashew nut production chain in the region.
Tabla de contenido 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 17 1.1 PROBLEMÁTICA ...................................................................................................................................... 20 1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 21 1.2.1 Objetivo General................................................................................................................................. 21 1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................................... 21 1.3 ALCANCE Y LIMITACIONES .................................................................................................................. 21 1.3.1 Divulgación de la investigación ............................................................................................................ 22 1.4 METODOLOGÍA ...................................................................................................................................... 22 1.5 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO ......................................................................................................... 23 2 CARACTERIZACIÓN DE LA NUEZ DE MARAÑÓN DE PUERTO CARREÑO, VICHADA ........................................................................................................................... 25 2.1 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................... 25 2.2 METODOLOGÍA ...................................................................................................................................... 26 2.2.1 Propiedades geométricas y morfológicas ................................................................................................. 26 2.2.2 Propiedades físicas............................................................................................................................... 27 2.2.3 Propiedades mecánicas a compresión .................................................................................................... 30 2.3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................................... 30 2.3.1 Caracterización geométrica .................................................................................................................. 30 2.3.2 Caracterización morfológica ................................................................................................................. 34 2.3.3 Caracterización física .......................................................................................................................... 35 2.3.4 Caracterización mecánica .................................................................................................................... 40 2.4 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 42 3 CARACTERIZACIÓN DEL PROCESO DE APERTURA DE LA NUEZ DE MARAÑÓN EN PUERTO CARREÑO, VICHADA ........................................................ 44 3.1 MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................... 44 3.1.1 Métodos de apertura de nuez de marañón ............................................................................................ 44 3.1.2 Indicadores que caracterizan el proceso de apertura de la nuez de marañón ........................................... 46 3.2 METODOLOGÍA ...................................................................................................................................... 47 3.2.1 Caracterización de apertura de la nuez de marañón en la región .......................................................... 48 3.3 RESULTADOS ........................................................................................................................................... 49 3.3.1 Identificación de procesadores de nuez de marañón en la región de Puerto Carreño ................................ 49 3.3.2 Acercamiento a la tecnología de apertura de la nuez de marañón en el Vichada ................................... 49 3.3.3 Resultado de la caracterización del proceso de apertura de nuez en región .............................................. 51 3.4 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 56 4 DESARROLLO Y VALIDACIÓN DEL DISEÑO CONCEPTUAL DE UN PROTOTIPO PARA LA APERTURA DE LA NUEZ DE MARAÑÓN DE PUERTO CARREÑO, VICHADA .................................................................................... 58 4.1 MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................... 58 4.2 METODOLOGÍA ...................................................................................................................................... 59 4.2.1 Definición de especificaciones y requerimientos para el proceso de apertura de la nuez en la región. ........ 60 4.2.2 Metodología para el diseño conceptual del prototipo de apertura de nuez de marañón para la región de Puerto Carreño. .............................................................................................................................. 61 4.2.3 Metodología para la validación del diseño conceptual del prototipo de apertura. ..................................... 62 4.3 RESULTADOS ........................................................................................................................................... 63 4.3.1 Definición de requerimientos y especificaciones para un prototipo de apertura de nuez de marañón en la región de Puerto Carreño ............................................................................................................ 63 4.3.2 Consideraciones y funciones ................................................................................................................. 66 4.3.3 Principios de solución por funciones ...................................................................................................... 66 4.3.4 Prototipado de soluciones y ensayos de funcionalidad: prototipo manual ................................................ 72 4.3.5 Socialización del prototipo manual con los procesadores de marañón de Puerto Carreño (Vichada) ....... 83 4.3.6 Ajuste del prototipo manual a un prototipo semiautomatizado y su validación ..................................... 86 4.4 VALIDACIÓN DEL PROTOTIPO SEMIAUTOMATIZADO .................................................................... 89 4.5 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 95 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 97 5.1 RECOMENDACIONES ............................................................................................................................. 98 5.2 TRABAJOS FUTUROS ............................................................................................................................... 99 5.3 UTILIDAD DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................................................... 99 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 101 ABREVIACIONES ................................................................................................................... 105 6 ANEXO A .......................................................................................................................... 107 7 ANEXO B .......................................................................................................................... 111
Keywords: Industrias agropecuarias; Cultivos tropicales; Cultivos alimenticios; Diseño conceptual; Metodología Pahl y Beitz; Prototipo; Cashew nut shell liquid; Procesamiento de la Nuez de Marañón (Vichada - Colombia); Agroindustria; Conceptual Design; Prototype; Aceite de Marañón; Agro-industry