NS – CI – 13 – JA Diseño y fabricación de una máquina mezcladora con quemador integrado para realizar queso artesanal “QuesiTec”

En México, la producción de queso artesanal es una tradición ancestral que forma parte del patrimonio cultural y gastronómico del país. Sin embargo, los métodos tradicionales pueden requerir un esfuerzo considerable y prolongado, lo que limita la capacidad de los pequeños productores. Ante este desafío, el desarrollo de una máquina mezcladora que es específicamente para la elaboración de queso artesanal, QuesiTec muestra el desarrollo de una máquina mezcladora con quemador integrado para realizar queso artesanal generando una mezcla homogénea entre la leche y el cuajo, conservando así todas sus características de su sabor artesanal, satisfaciendo las necesidades de las pequeñas y medianas empresas. La mezcladora es una máquina mexicana que emplea, materiales de grado alimenticio como lo es el acero T-304, además de brindar seguridad al operador, reduciendo fatiga, e inclusive aumentando su producción. El objetivo que planteado es; diseñar y fabricar una mezcladora que sea eficiente para la producción del queso. Ofreciendo al mercado meta una máquina mezcladora a bajo costo en comparación a los que se encuentran hoy en el mercado, que les permita un aumento en sus ventas y utilidades para artesanos y productores, así como una reducción de costos de mantenimiento de acuerdo a los criterios de diseño establecidos, permitiendo una vida extensa a la máquina basándose en la normatividad. Los productores, al no contar con maquinaria se ven obligados a reducir los costos de venta en sus productos.

In Mexico, artisanal cheese production is an ancestral tradition that is part of the country’s cultural and gastronomic heritage. However, traditional methods can require considerable and time-consuming effort, which limits the capacity of small producers. Faced with this challenge, the development of a mixing machine that is specifically for the production of artisanal cheese, QuesiTec shows the development of a mixing machine with integrated burner to make artisanal cheese generating a homogeneous mixture between milk and rennet, thus preserving all its characteristics of its artisanal flavor, meeting the needs of small and medium enterprises. The mixer is a Mexican machine that uses food grade materials such as T-304 steel, in addition to providing safety to the operator, reducing fatigue, and even increasing production. The objective was to design and manufacture a mixer that is efficient for cheese production. Offering the target market a low-cost mixer machine compared to those currently on the market, which will allow an increase in sales and profits for artisans and producers, as well as a reduction in maintenance costs based on the established design criteria, allowing an extended life for the machine based on the regulations. The producers, lacking machinery, are forced to reduce the selling costs of their products.

“QuesiTec, tlachihualoni mochipa tlamaniliz in queso, ca tlapalehuía tequiti, quipiya sabor tlen huejcahua mexihcah.”

“QuesiTec es una máquina que mejora la elaboración del queso artesanal, facilita el trabajo y conserva el sabor de las tradiciones mexicanas.”

En México existen más de 2000 variedades de queso, destacando el consumo de quesos frescos como el queso fresco de rancho, elaborado tradicionalmente para autoconsumo en zonas rurales. Este queso, hecho con leche cruda de vaca o cabra, es típico de estados como Veracruz y se distingue por su textura cremosa, bajo contenido graso y alto valor nutricional. A pesar de los cambios tecnológicos en su elaboración, este proyecto busca preservar su producción artesanal, siguiendo normas de higiene como la NOM-251-SSA1-2009, para mantener su calidad y fomentar su valoración entre nuevas generaciones.

La elaboración artesanal de queso es una actividad de gran importancia en muchas comunidades, ya que representa una fuente de ingresos económicos y preserva tradiciones locales. Sin embargo, los métodos manuales empleados suelen presentar limitaciones, como altos tiempos de producción, esfuerzo físico excesivo, falta de uniformidad en el producto final y baja eficiencia en el aprovechamiento de la materia prima.

Ante estas dificultades, la creación de una máquina diseñada específicamente para mejorar el proceso de producción de queso resulta necesaria, ya que permitirá optimizar el tiempo de trabajo, estandarizar la calidad del producto y aumentar la capacidad de producción, sin perder el carácter artesanal del mismo.

La falta de apoyo al campo por parte de las autoridades, de un comercio injusto, de los abusos en la compra de sus productos a muy bajos precios por las grandes empresas hacia las Pymes productoras y hoy en día la inseguridad, son temas que han afectado seriamente la calidad de vida y la actividad económica del país. Al parecer, una forma de contrarrestar un poco estos problemas, es a través del consumo de los productos nacionales, como es el caso del queso artesanal mexicano.

La mayoría de los productores de queso en México son Pequeñas y medianas empresas, con problemas comunes en cuanto abasto, control de la materia prima, falta de tecnología mexicana para la elaboración de sus productos, los tiempos de producción, calidad y la comercialización de sus productos.

Es posible diseñar y fabricar una máquina mezcladora para el proceso de elaboración del queso fresco, la cual incrementará la eficiencia productiva, se reducirán los tiempos y se logrará una mayor uniformidad y calidad en el producto final, en comparación con los métodos manuales tradicionales.

Diseñar y fabricar una máquina que optimice el proceso del queso con tecnología y calidad nacional que satisfaga las necesidades de los productores en el mercado meta.

• Analizar las necesidades técnicas y productivas de los pequeños y medianos productores de queso artesanal para establecer los criterios de diseño, capacidad de producción y costos accesibles de la máquina.

• Diseñar un prototipo funcional de mezcladora con quemador integrado, empleando materiales de grado alimenticio y garantizando la seguridad del operador en el proceso de producción.

• Realizar cálculos estructurales, mecánicos y térmicos que aseguren la resistencia, durabilidad y eficiencia energética de la máquina.

• Fabricar y ensamblar la máquina mezcladora mediante procesos de manufactura adecuados (soldadura, corte, maquinado), cuidando la precisión en cada uno de sus componentes.

• Probar el desempeño del prototipo en condiciones reales de producción, evaluando la capacidad de mezcla, el control de temperatura, la higiene y la calidad del producto final.

• Comparar el desempeño de la máquina QuesiTec frente a los métodos tradicionales, midiendo tiempos de producción, uniformidad del queso y reducción de esfuerzo físico del operador.

• Elaborar un manual de usuario y de mantenimiento preventivo, que facilite la operación del equipo por parte de los productores artesanales.

• Evaluar la viabilidad económica de la máquina, considerando costos de producción, mantenimiento y beneficios esperados en productividad y rentabilidad para los productores.

OBJETIVOS DE LA AGENDA DE DESARROLLO SOSTENIBLE

1. ODS 8: Trabajo decente y crecimiento económico

La máquina fomenta la producción artesanal tecnificada, lo que genera nuevas oportunidades de empleo y mejora las condiciones de trabajo de productores locales.

2. ODS 9: Industria, innovación e infraestructura

Representa un desarrollo tecnológico accesible que introduce innovación en los procesos de elaboración de alimentos.

Promueve la transferencia de tecnología apropiada para pequeñas comunidades rurales, modernizando la infraestructura productiva con un equipo eficiente y seguro.

3. ODS 12: Producción y consumo responsables

Al optimizar el proceso de mezcla y calentamiento, la máquina reduce el desperdicio de insumos y mejora la eficiencia energética.

Impulsa un modelo de producción de queso artesanal sostenible, con menos mermas y mayor calidad sanitaria.

ANTECEDENTES

Consumo de queso en México.

En México es muy elevado, esto se debe a la gran variedad de quesos nacionales (alrededor de 20 tipos diferentes) como son el panela, añejo, Oaxaca, Cotija, Asadero, Chihuahua o Adobera. Tan sólo el consumo de queso nacional es de más de 400 mil toneladas, de esta forma los mexicanos tienen un consumo por persona entre 2.1 y 6 kilogramos de queso al año. El queso es un producto de elevada densidad nutricional que aporta proteínas de alto valor biológico, hidratos de carbono, fundamentalmente en forma de lactosa, además de grasas, vitaminas y minerales como el calcio, magnesio, fósforo y zinc. El consumidor mexicano tiene una preferencia por los quesos frescos, de sabor suave y de precios accesibles. Mientras que el mercado para los quesos importados o Premium es más limitado, por su sabor más intenso y principalmente por su costo elevado”, explicado por Arturo Sepúlveda, gerente de mercadotecnia de la unidad de ganadería de MSD Salud Animal en México [2].

En cuanto al consumo nacional, podría dividirse en tres regiones:

Norte: (Nuevo León, Chihuahua) tienen mayor predilección por el queso chihuahua, asadero, Oaxaca y amarillo.

Oeste: (Jalisco), se consumen panela, adobera y queso crema.

Centro: Destacan el queso fresco, Oaxaca y panela.

De acuerdo con el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) [3], en México un hogar promedio destina 29.4 % de su gasto a la adquisición de alimentos, bebidas y tabaco. De ese total, 9.5 % corresponde a la compra de queso para el autoconsumo.

La producción con más demanda en México es el fresco, seguido por los siguientes: doble crema, panela, amarillo, Chihuahua, crema, manchego y Oaxaca. Se estima hasta 405,000 toneladas métricas para reflejar la expansión esperada en el sector.

La metodología utilizada en el diseño y fabricación de la máquina mezcladora para realizar queso, es la que se utiliza para la creación de productos diferentes a los existentes en el mercado dando solución a los problemas de la sociedad.

Las actividades realizadas para cumplir con lo establecido en las características del producto son:

1. Características del producto. Se traducen las necesidades del mercado a características generales del producto satisfactor, estableciendo los objetivos (generales y específicos), criterios de diseño, especificaciones y restricciones.
2. Dibujos previos. Se plasma en un bosquejo la mejor solución posible que muestre las formas y elementos del horno que den respuesta a los criterios de diseño establecidos.
3. Esquemas. Se utilizan símbolos normalizados para la representación de la interacción de los elementos y mecanismos del horno que actúan en la transmisión de los movimientos a diversos mecanismos y dispositivos de mando a distancia.
4. Cálculos. Se utilizan los procedimientos técnicos para determinar la geometría, materiales y dimensiones de todos los componentes del horno.
5. Dibujos de estudio. Se realiza el ensamble de todos los componentes, a fin de detectar errores o faltantes en los elementos del horno anteriormente calculados.
6. Prototipo. Consiste en la manufactura de la máquina utilizando diferentes procesos de fabricación tales como soldadura, corte, doblez y maquinados.
7. Pruebas de funcionamiento. Se realiza un programa de pruebas que permitan satisfacer plenamente lo especificado inicialmente: voltaje de alimentación, velocidad, consumo de energía, capacidad de producción. En caso de que alguna prueba resultara insatisfactoria se realizarían los ajustes y modificaciones pertinentes.
8. Dibujos de detalle. Definir cada una de las piezas que forman el producto (estructura, aspas, reductor de velocidad, etc.) estableciendo sus formas geométricas, dimensiones nominales, tolerancias, material de fabricación, tratamientos y acabados en su caso para cada pieza.
9. Dibujos de conjunto. Definir la relación física que guardan las piezas que lo integran, la identificación con números o letras de cada una de las piezas que forman el sistema y se muestra el número de ellas que intervienen en cada conjunto.
10. Manual de usuario. Asegurar el buen funcionamiento del horno con un manual que contenga toda la información necesaria para que el usuario la pueda utilizar sin problema alguno.
11. Estudio económico. Se lleva a cabo el presupuesto de los ingresos y egresos en la elaboración de la máquina para conocer el costo de fabricación estándar.

Características del producto

Criterios de diseño:

• Fácil operación.
• Económica.
• Mínimo mantenimiento.
• Fácil limpieza.
• Segura.
• Fácil transportación.
• Diseño compacto.

Especificaciones:

• Capacidad de 5 a 60 litros de leche.
• Control de temperatura de 0 a 120° C

Restricciones

• Uso de energía eléctrica.

Dibujos previos [5]

A continuación, se muestra la mejor solución planteada en un dibujo que muestra las formas y elementos de la máquina mezcladora que dan respuesta a los criterios de diseño antes citados, véase la Figura 1.

Figura 1. Vista isométrica de la idea principal (Diseño realizado por los autores).

Esquemas

A continuación, se presentan los esquemas (Eléctrico y Cinemático) necesarios para la operación de la máquina mezcladora, véase las Figuras 2, 3, 4, 5:

Figura 2. Esquema Eléctrico (Esquema realizado por los autores).

Figura 3. Elementos del esquema eléctrico.

Figura 4. Esquema Cinemático (Esquema realizado por los autores).

Figura 5. Elementos del esquema cinemático.

Cálculos [6].

Los cálculos realizados para los diferentes componentes de la máquina mezcladora fueron: Estructura, reductor de velocidad, eje, aspas, tornillos y componentes eléctricos y electrónicos.

Así mismo los elementos que conforman la máquina fueron analizados y modelados con el método del elemento finito en el Software SolidWorks [5], con el cual se determinaron esfuerzos principales a los que los elementos estarán sometidos.

Dibujos de estudio [5]

Se muestran los dibujos que nos permiten visualizar la integración de todos los elementos, véase la Figura 6.

Figura 6. Vista en isométrico (Diseño realizado por los autores).

Prototipo

Se muestran las fotografías que nos permiten apreciar el ensamble de los componentes que conforman el horno de tratamientos térmicos (Figura 7, 8).

Figura 7. Vista isométrica (Fotografía tomada por los autores).

Figura 8. Vista frontal (Fotografía tomada por los autores).

Pruebas de funcionamiento

La prueba de producción realizada a la máquina mezcladora nos permiten verificar las características del producto planteadas desde un principio y los resultados son los siguientes:

1.- Se realizó la prueba con 20 litros de leche fresca de vaca, véase Figura 9.

Figura 9. Se vaciaron 20 litros de leche fresca en la olla (Fotografía tomada por los autores).

2. Se procedió a encender el quemador para que posteriormente se le agregara el cuajo a la leche y empezara mezclarse, véase la Figura 10.

Figura 10. Mezcla de la leche fresca con el cuajo (Fotografía tomada por los autores).

3. Se le dio el tiempo de cocción y mezclado para proceder a separar la masa del cuajo, véase la Figura 11.

Figura 11. Separación de la masa con respecto al suero (Fotografía tomada por los autores).

4. Una vez separada la masa se empieza a moldear para darle forma en un molde o canasta y quede el queso fresco para su consumo, véase la Figura 12.

Figura 12. Producto final (Fotografía tomada por los autores)

Tabla 1. Producción de queso con la máquina.

Dibujos a detalle [5]

A continuación, se muestran algunos dibujos de los componentes de la mezcladora, véase las Figuras 13, 14.

Figura 13. Estructura de la máquina (Diseño realizado por los autores).

Figura 14. Aspas (Diseño realizado por los autores).

Dibujos de conjunto [5]

Se muestra un dibujo que muestra todos los componentes de la máquina mezcladora, véase la Figura 15.

Figura 15. Conjunto de elementos de la máquina (Diseño realizado por los autores).

Tabla 2. Elementos de la máquina.

Estudio Económico

Este estudio se realiza para evaluar la viabilidad financiera, los cuales permite conocer los costos de inversión, operación y mantenimiento, permite principalmente determinar si la máquina representa una inversión rentable y sostenible para los negocios.

Tabla 3. Costo total de la producción de una máquina.

El desarrollo de la máquina mezcladora “QuesiTec” representa una solución innovadora y accesible para optimizar la producción de queso artesanal en México, respondiendo a las necesidades específicas de las pequeñas y medianas empresas. La implementación de materiales de grado alimenticio como el acero inoxidable T-304, así como el diseño orientado a la seguridad, eficiencia y facilidad de operación, permite conservar la esencia y sabor tradicional del queso artesanal, al tiempo que mejora significativamente los procesos de producción.

Los resultados obtenidos en las pruebas de funcionamiento demuestran que la máquina es capaz de producir hasta 30 kg de queso a partir de 60 litros de leche en un periodo de dos horas, manteniendo estándares adecuados de higiene y calidad. Esta herramienta no solo aumenta la productividad, sino que también contribuye a preservar el patrimonio gastronómico nacional, impulsando la soberanía alimentaria y fortaleciendo la economía local de los productores artesanales.

En conclusión, QuesiTec es una propuesta tecnológica nacional que promueve la innovación sustentable y la competitividad en el sector agroalimentario, con impacto social y cultural al rescatar y facilitar la elaboración del queso tradicional mexicano.

[1] “Procuraduría Federal del consumidor” Gobierno de México.https://www.gob.mx/profeco.

[2] “mexicanos consumen cerca de 6 kilos de queso al año”. https://alfa-editores.com.mx/mexicanos- consumen-cerca-de-6-kilos-de-queso-al-ano/

[3] “Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI)”. Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Disponible: https://www.inegi.org.mx/

[4] G. S. Salinas, “Metodología para nuevos proyectos innovadores” Depto. Metalmecánica, Instituto Tecnológico de Tlalnepantla, México, 2025.

[5] “My SolidWorks”. MySolidWorks – Official SOLIDWORKS Community. Disponible: https://my.solidworks.com/

[6] Budynas, R., Nisbett, J., Shigley, J., Murrieta Murrieta, J. and Alatorre Miguel, E. (2012). Diseño en ingeniería mecánica de Shigley. México, D.F.: McGraw-Gill Interamericana.

[7] NORMA Oficial Mexicana NOM-251-SSA1-2009, Prácticas de higiene para el proceso de alimentos, bebidas o suplementos alimenticios”. DOF – Diario Oficial de la Federación.

[8] Chevalier, A. and Domingo Padrol, M. (1997). Dibujo industrial. México: Limus