Diseño y construcción de un prototipo de seleccionadora por color para café cereza.

Abstract

Debido a que la planta de café presenta varias floraciones al año, los frutos del cafeto presentan poca uniformidad de maduración en una misma rama, lo que dificulta la cosecha. El producto cosechado es entonces una mezcla de frutos inmaduros, pintones, maduros y secos. El tener frutos inmaduros y secos en el producto cosechado es factor del deterioro de la calidad del café. Con el fin de separar al menos el 50 % del grano inmaduro y seco presente en las muestras a procesar, se diseñó y construyó una seleccionadora por color para café cereza. En el diseño del prototipo se definieron las especificaciones del usuario, los criterios de evaluación y las especificaciones del producto (densidad aparente, ángulo de reposo, masa y dimensiones de los frutos y el color de la epidermis del fruto de café), a estas últimas se les realizó un análisis de varianza y se corrió una prueba de Tukey para separar medias (α=0.05). Posteriormente se propusieron dos conceptos de diseño (A y B) para el prototipo, se validaron y se eligió el óptimo (B). Se completó el diseño detallado del concepto óptimo, sus piezas se fabricaron y ensamblaron junto con sus dispositivos (sensor reflectivo, sensor de color basado en filtros (convertidor de luz a frecuencia), motor a pasos, servomotor de rotación estándar, hardware Arduino UNO, PCB, cable USB, dos eliminadores y software Arduino). En Arduino se generó un código que permite controlar el motor a pasos por medio del sensor reflectivo, obtener las variables de color de la epidermis del fruto (R, G, B) y clasificar cada fruto de acuerdo a su estado de maduración bajo las siguientes condiciones: inmaduros R<G<B, pintones-maduros R<B<G y secos B≤R<G. Finalmente se evaluó la fiabilidad del prototipo con una muestra de granos de café compuesta por frutos inmaduros, pintones-maduros y secos (12 %, 80 % y 8 %, respectivamente). El concepto óptimo, B, se eligió por su menor precio de producción ($3, 170.00) y volumen (604 cm3) con respecto al concepto A. El prototipo (concepto B) muestra una fiabilidad de 0.93, asegurando la separación de más del 50 % de los frutos indeseables (inmaduros y secos). _______________ DESIGN AND CONSTRUCTION OF A PROTOTYPE OF SORTING BY COLOR TO COFFEE CHERRY. ABSTRACT: The coffee plants have several flowering per year; due to this fact, the plant fruits present little ripening uniformity in the same branch, this makes the harvest difficult. Thus, the harvested product is a mixture of underripe, semiripe, ripe and dry fruits. To have underripe and dry fruits in the harvested coffee deteriorates/diminishes its quality. In order to separate at least 50 % of the underripe and dry grains present in the samples to process, a sorting by color to coffee cherries was designed and constructed. In the prototype design, the user specifications, evaluation criteria and product specifications (bulk density, angle of repose, mass and dimensions of the fruits and the color of the epidermis of the coffee fruit) were defined. A variance analysis was performed to the product specifications and a Tukey test (=0.05) was run to separate means to the specifications of the product specifications. Later two design concepts were proposed (A and B), these were validated and the optimum one was chosen (B). The detailed design of the optimal design was completed, its parts were manufactured and assembled with the devices (reflective sensor, color sensor based on filters (light to frequency converter), stepper motor, standard rotation servomotor, Arduino UNO hardware, PCB, USB wire, two AC adapters and Arduino software). In Arduino a code was generated that allows to control the stepper motor by the reflective sensor, obtain the color variables of the fruit epidermis (R, G, B) and classify each fruit according to its ripening stage under the following conditions: underripe R<G<B, semiripe-ripe R<B<G and dried B≤R<G. Finally, the reliability of the prototype was evaluated with a coffee beans sample composed of underripe, semiripe-ripe and dry fruits (12%, 80% and 8%, respectively). The optimum concept, B, was chosen for its lower production price ($3, 170.00) and volume (604 cm3) with respect to concept A. The chosen prototype shows a reliability of 0.93, ensuring separation of more than 50 % of undesirable fruits (underripe and dry).