optención de pectina a partir de cascara de maracuya
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
“OBTENCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE CASACARA DE MARACUYA” Diseño de plantas químicas
Castellón Carla
27/05/2011
ÍNDICE COCHABAMBA-BOLIVA
RESUMEN
7
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1 1.2 1.3
Introducción Antecedentes Justificación
8 9 10
CAPÍTULO 2: MERCADO 2.1 Demanda 2.2 Oferta 2.3 Análisis de mercado 2.3.1 Precio 2.3.2 Producto 2.3.3 Plaza 2.3.4 Promoción 2.3.4.1 Análisis F.O.D.A 2.4 Proyecto de mercado 2.4.1 Demanda 2.4.2 Oferta
11 15 16 16 17 18 19 21 23 23 26
CAPÍTULO 3: ABASTACEMIENTO DEL PROYECTO 3.1 Descripción de la materia prima, materiales y suministros de fábrica 3.1.1 Descripción de la materia prima 3.1.2 Ubicación geográfica 28 3.1.2.1 Distribución en Bolivia 3.1.3 Materiales e insumos 3.1.4 Suministros de fábrica 3.2 Descripción de fuentes 3.3 Requerimientos de proyecto 3.3.1 Maracuyá 3.3.1.1 Morfología de la maracuyá 3.3.1.2 Composición química 3.3.1.3 Cascara de maracuyá 3.4 Selección de fuentes de aprovisionamiento 3.5 Programa de abastecimiento 3.6 Costos de abastecimiento CAPÍTULO 4: ESTUDIO TÉCNICO 2
27 27
29 29 30 33 34 34 34 34 35 36 37 38
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 4.1 Ubicación y emplazamiento de la planta 4.1.1 Localización 4.1.2 Ubicación 4.1.3 Emplazamiento 4.1.3.1 Factores cualitativos no cuantificados 4.1.3.1.1Disponibilidad de la materia prima 4.1.3.1.2 Existencia de mano de obra 4.1.3.1.3 Accesibilidad 4.1.3.1.4 Disponibilidad del terreno 4.1.3.1.5 Clima 4.1.3.1.6 Energía eléctrica 4.1.3.1.7 Agua. 4.1.3.2 Factores cuantitativos o cuantificables 4.2 Tamaño de la planta 4.2.1 Tamaño de planta 4.2.2 Programa de ventas 45 CAPÍTULO 5. INGENIERIA DEL PROYECTO 5.1. Introducción 5.2 Descripción del proceso 5.3 Diagrama de flujo del proceso 5.4 Balance de masa 5.5 Balance de energía 5.6 Diseño de equipos 5.6.1 Bomba 5.6.1.1 Potencia hidráulica 5.6.1.2 potencia absorbida 5.6.1.3 NPSH 5.6.2 Secador 62 5.6.3 Equipo de destilación 5.6.4 Tanque de agua y alcohol 5.6.4.1. Diseño de los tanques de la instalación 5.6 Requerimientos de equipos y maquinarias 5.7 Costos de fabricación por lote según ítem de costo 5.8 Costos anuales de fabricación al 100% de la planta 5.9 Costos anuales de fabricación
40 40 40 41 41 41 41 41 42 42 42 42 44 45 45
46 47 53 54 56 58 58 60 61 62 63 64 64 65 68 68 69
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 Conclusiones 6.2 Recomendaciones
70 71 3
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta CAPÍTULO 7. ANEXOS 7.1 Anexo 1 72 7.1.1 Pectina 72 7.1.1.1 Generalidades de la Pectina 72 7.1.1.2 Estructura de la Pectina 72 7.1.1.3 Propiedades Físicas 73 7.1.1.4 Propiedades Químicas 73 7.1.1.5 Localización 73 7.1.1.5.1 Pectina Disuelta en los Jugos Vegetales 73 7.1.1.5.2 Pectina Fácilmente Soluble en Agua Caliente 73 7.1.1.5.3 Pectina Genuina Estable de las Laminillas Centrales 74 7.1.1.5.4 Combinaciones Intercelulares de Pectina y Lignina 74 7.1.1.6 Características 74 7.1.1.6.1 Precipitación 74 7.1.1.6.2 Solubilidad 74 7.1.1.6.3 Degradación 75 7.1.1.6.4 Coagulación 75 7.1.1.6.5 Grado de Metilación 76 7.1.1.7 Usos y Aplicaciones de la Pectina 76 7.2 Anexo 2 77 7.2 .1 flujo grama de proceso 77 7.3 Anexo 3 78 7.3.1 Cálculo del Balance de masa 78 7.4 Anexo 4 82 7.4.1. Cálculo del Balance de energía 82 7.5 Anexo 5 85 7.5.1. Diseño de equipos 85 7.5.1.1 Centrífuga 85 7.5.1.2 Calculo de las bombas 86 7.5.1.3 Diseño y cálculo del secador 87 7.5.1.4 diseño del equipo de destilación 88 7.5.1.5 Diseño de los tanques para la instalación 89 ÍNDICE DE TABLAS E ILUSTRACIONES
CAPÍTULO 2: MERCADO 4
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Tabla 1. Demanda de maracuyá por empresas para 1997…………………….12 Tabla 2 Consumo de maracuyá en Ton/año en las principales ciudades
13
Tabla 3 Demanda de maracuyá en Ton/año
14
Ilustración 1 Consumo de maracuyá
14
Ilustración 2 Etiqueta con el logotipo que llevará la empresa
17
Tabla 4 Comercialización del producto por provincias
18
Tabla 5 Demanda de maracuyá
24
Tabla 6 Estimación de la demanda basada en el consumo de maracuyá
25
Tabla 7 Proyección de la demanda de pectina
25
Tabla 8 Proyección de campaña de marketing
26
CAPÍTULO 3: ABASTACEMIENTO DEL PROYECTO Ilustración 3 Morfología del maracuyá 27 Ilustración 4 Mesocarpio
28
Ilustración 5 principales países productores de maracuyá 29 Tabla 9 Descripción de fuentes de aprovisionamiento
33
Ilustración 6 Estados de madurez del maracuyá
35
Tabla 10 Programa de abastecimiento en seis años
37
Tabla 11. Requerimientos para procesar 80 Kg. de materia prima
38
Tabla 12 .costo de materia prima para el 100% de capacidad de planta Tabla 13. Costo total de materia prima por año
39 39
CAPÍTULO 4: ESTUDIO TÉCNICO Tabla 14 Evaluación de factores Cualitativos Macro localización 5
43
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Tabla 15 Evaluación de factores Cualitativos Micro localización
44
CAPÍTULO 5. INGENIERIA DEL PROYECTO Tabla 16 Rendimiento de pectina de varios frutos
46
Tabla 17 porcentajes de esterificación de la pectina
47
Tabla 18 Diferencia entre bomba centrífuga y de desplazamiento positivo
58
Tabla 19 Maquinarias y equipos por proceso
66
Tabla 20 Depreciación de maquinarias y Equipos
67
Tabla 21 Costo de maquinarias y equipos por proceso
68
Tabla 22 Costos de fabricación por lote según ítem costo en $us
69
CAPÍTULO 7. ANEXOS Ilustración 7 estructura de la pectina
73
Ilustración 8 Separador Centrífugo automático
RESUMEN
6
85
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta El estudio va dirigido al aprovechamiento integral de residuos de maracuyá, enfocado a la búsqueda de compuestos potenciales como la pectina que otorgan una utilidad a la industria. Las pectinas son productos químicos que se obtienen de materias primas vegetales, principalmente frutas, presentan diversas aplicaciones en la industria farmacéutica y alimentaria, Los geles de pectina son utilizados especialmente en la industria de alimentos para reparar y modificar la textura de compotas, jaleas, confites y productos lácteos bajos en grasas. También es utilizada como ingrediente en medicinas tales como anti diarreicos, y desintoxicantes. Industrialmente. Para la extracción de pectina se estudia el tratamiento y análisis de las cáscaras de maracuyá como materia prima, además del proceso de obtención de material gelificante basado en métodos de hidrólisis ácida, dando como resultado su capacidad de gelificación.
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.
INTRODUCCION
Las pectinas son heteropolisacáridos que se presentan en la naturaleza como elementos estructurales del sistema celular de las plantas. Su componente principal es el ácido poligalacturónico, que existe parcialmente esterificado con
7
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta metanol. Se encuentran principalmente en las frutas y vegetales, para aprovechar su capacidad para balancear el equilibrio del agua dentro del sistema. Las pectinas se obtienen de materiales vegetales que tienen un alto contenido de éstas, tales como manzanas, frutas cítricas, piña, guayaba dulce, tomate de árbol, maracuyá y remolacha. Según el tratamiento que se haga a las materias primas se obtienen diferentes calidades de pectinas, de acuerdo con las necesidades de los productos terminados. Estas pectinas son, en la actualidad, ingredientes muy importantes en la industria de los alimentos, para hacer gelatinas, helados, salsas, queso. También se emplean en otras industrias, como la farmacéutica, que requieren modificar la viscosidad de sus productos, y en la industria de los plásticos así como en la fabricación de productos espumantes, como agente de clarificación y aglutinantes. Hay una considerable demanda por la pectina de la industria farmacéutica para ciertas preparaciones creadas en el tratamiento de diarreas en infantes, como un agente hemostático y como un sustituto en el plasma sanguíneo. Las pectinas se dividen en tres grupos según sus propiedades de gelación, que están asociadas con el grado de esterificación metílica. a)
Las pectinas con alto índice de metoxilo, que determina el grado de
esterificación con radicales metílicos, contienen más de un 50% de unidades del ácido poligalacturónico esterificadas y por lo tanto no reaccionan con iones calcio. El poder de gelación depende, entre otros, del contenido ácido, del tipo de pectina y de la cantidad de sólidos solubles, que generalmente es más del 55%. Estas pectinas reaccionan con la caseína y sirven para estabilizar bebidas fabricadas a partir de leche ácida b)
Las pectinas con bajo índice de metoxilo, son las que tienen menos del 50%
de unidades esterificadas del ácido poligalacturónico y por lo tanto forman geles no sólo con sólidos solubles que contienen iones calcio sino también con azúcares y otros ácidos. En este caso el poder de gelación también depende del pH y de la concentración de iones calcio, lo cual influye en la textura de la gelatina formada. c)
Las pectinas amídicas con bajo índice metoxilo, son aquellas que han sido
desmetoxiladas con amoníaco en lugar de usar ácidos. Cuando se hace el
8
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta proceso de desmetoxilación, una parte de los grupos éster se remplaza por grupos amida, lo cual modifica las propiedades de gelación de la pectina. Requieren pequeñas cantidades de iones calcio para el proceso de gelatinización
1.2. ANTECEDENTES La pectina, de la palabra griega “Pekos” (denso, espeso, coagulado), es una sustancia mucilaginosa de las plantas superiores. Esta sustancia se asocia con la celulosa y le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua. La celulosa tiene un importante rol en la estructura ya que le da rigidez a las células, mientras que la pectina contribuye a su textura. Durante mucho tiempo, el ama de casa ha utilizado la pectina contenida en las frutas “in situ “para “espesar jaleas”. Su extracción industrial se inició a principios del siglo XX. En 1825, el químico francés Henri Braconnot aisló las pectinas por primera vez, reconociendo su papel en esos productos. La producción comercial de pectinas comenzó en 1908 en Alemania, a partir de los restos de la fabricación de zumo de manzana. En 1951 kertesz la pectina fueron definida como ácidos pectínicos solubles en agua de grado de metilación variado que son capaces de formar geles con ayuda de azúcar y ácido bajo condiciones determinadas. De ahí el termino pectina se usa colectivamente para incluir el ácido péptico, la forma de pectina completamente desestirificada En 1998, Gómez busca nuevos horizontes encontrando que en la industria farmacéutica se requieren para modificar la viscosidad de sus productos, y en la industria de los plásticos, además de la fabricación de productos espumantes, como agente de clarificación y aglutinantes. En 1991, Pilgrim encontró que las pectinas contienen un alto índice de metoxilo, que determina el grado de esterificación con radicales metílicos. El 2001 Herbstreith demostró que las pectinas son hereropolisacáridos, y que su componente principal es el poligalacturónico, además que tienen distintos grados de gelación por lo que lo divide en tres grupos.
9
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Actualmente se obtienen a nivel industrial de los restos de la extracción de zumos de cítricos y otras frutas. La pectina se extrae con agua caliente acidificada, precipitando la de la disolución con etanol o con una sal de aluminio. 1.3. JUSTIFICACIÓN En este tiempo se hace necesario el procesamiento de materiales de desecho para disminuir el impacto ambiental, siendo útil la inversión de capital en el tratamiento del mismo, con el aprovechamiento integral de subproductos considerados como residuos buscando posibles compuestos que puedan otorgarle un valor agregado, por ello, al obtener pectina no sólo se logra utilizar residuos del maracuyá, si no también aporta de manera muy importante a la industria. Este proyecto tiene como fundamento obtener pectina a partir de cascaras de maracuyá para aprovechar al máximo en su industrialización, siendo reconocida por la FAO como un aditivo seguro el cual no tiene restricciones de uso.
CAPÍTULO II MERCADO Nuestro mercado será específico ya que existen consumidores potenciales, además de que el producto no es de primera necesidad como otros para que toda la población pueda acceder frecuentemente. Actualmente el concentrado de maracuyá es utilizado por la industria como un ingrediente para elaborar bebidas de frutas tropicales, purés, mermeladas, alimentos para bebés, helados, yogures, chocolates, entre otros. 2.1. DEMANDA No existe demanda de pectina en Cochabamba debido a la inexistencia de empresas productoras en el departamento, sin embargo, si existe un consumo de 10
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta maracuyá, por lo que el análisis que se hará será de los desechos (cascaras) de maracuyá. El maracuyá es utilizado en Bolivia para hacer jugos de frutas, concentrados, bebidas energizantes y como fruta fresca. El consumo de maracuyá en Cochabamba como fruta fresca es pequeño o nulo, el maracuyá se usa especialmente para la elaboración de jugos con adición de agua y azúcar, para saborizar helados, mermelada, yogures y otros productos de repostería, goza de aceptación entre consumidores por su fuerte aroma y sabor característicos. De la producción de maracuyá en Cochabamba el 75% de esta se deriva a la industrialización, básicamente destinada a la obtención de jugo pasteurizado concentrado que origina un desecho compuesto de cáscara y semillas que representa un 70% del material saliente en el proceso en relación de la materia entrante, siendo la cáscara 50-60%, jugo 30-40%, semillas 10-15%. En 1997 se estima que el mercado interno consumió 1.496.040 kg de maracuyá, siendo un consumo muy poco tradicional en Bolivia. Ese mismo año la producción de maracuyá fue absorbida íntegramente al mercado local con un pequeño saldo disponible para la exportación, esto se puede observar en el siguiente cuadro. Tabla 1. Demanda de maracuyá por empresas para 1997 (Expresado en Kg de fruta fresca)
11
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta
Después de 13 años el 2010 existió un consumo de 2468,5 ton/año con un costo de 65.83 $u$/ton, previendo un incremento del 5% en el consumo, se proyecta que la demanda parta este año será de 2543 ton/año y se estima que llegará a un costo de 67.82 $u$/ton. Entonces la cascara de maracuyá en el año 2010 fue de 1481 ton/año y se aproxima a un costo de 200 Bs. El incremento de la demanda mundial de jugo concentrado de maracuyá se debe principalmente a la creciente popularidad de jugos multifrutales, bebidas de sabores exóticos y bebidas multivitamínicas, particularmente en Europa y Estados 12
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Unidos. Entre los principales productores de esta fruta están Brasil, Colombia, China, Perú, y Ecuador. A pesar de que Brasil es el mayor productor de Maracuyá su participación en el mercado mundial sólo representa el 10%, ya que destina al mercado interno gran parte de su producción, comercializando dentro del país el 70% como fruta fresca y el 30% restante como jugo y concentrado. Tabla 2 Consumo de maracuyá en Ton/año en las principales ciudades fruta
zumo
refresco
La paz
fresca 19
447
3342
Cochabamba
262
372
2096
Santa cruz
285
1079
5647
Ciudad
Encuesta ODENAL, abril de 2010
Tabla 3 Demanda de maracuyá en Ton/año Total demanda de maracuyá en industrias Año
Mercado local Exportación
Total demanda de maracuyá para consumo fresco
Total
199 7
593
62
220
875
200 0
686
768
255
1709
200 1
686
768
255
1709
201 0
1117
1251
415
2783
201 4
1358
1521
505
3384
13
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Encuesta agropecuaria del area Tropical del deparatamento de Cochabamba efectuada por INE. Ilustración 2 Consumo de maracuyá
Y= a+m X y = 16.99 x - 33731 tendencia =6.99 R² = 0.987 Se estima que la demanda actual de maracuyá en Cochabamba para industrialización, es de aproximadamente de 95 kg. Por semana (dependiendo de la temporada). De este hecho deducimos que haciendo un análisis de las fábricas se llegaran a consumir 2821 Ton/año de maracuyá. 2.2 OFERTA La producción de pectina en Cochabamba no existe por lo menos de manera industrializada, por lo que el estudio histórico es posible hacerse a base del maracuyá. La tasa de crecimiento de la producción de pectina en la última década ha sido del 0.5% lo cual demuestra un evidente dinamismo y la excelente alternativa. Actualmente en Cochabamba las empresas más importantes que industrializan el maracuyá son: Tampico, que ocupan el 60% del mercado, PIL 30% se disputan entre las otras empresas, Del trópico, un 10 % empresas menos reconocidas y un 10% de las empresas informales, además de los importados. Por otro lado la tendencia de crecimiento de la producción del maracuyá a nivel departamental como oferta, es de 0.48 % anual. 14
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta La oferta de pectina particularmente en Cochabamba no está desarrollada y no existe alternativas de elección al consumidor, pretendemos crear una empresa donde se ofrecerá un producto de excelente calidad e innumerables utilidades tanto alimenticias como farmacéuticas. Pretendemos entrar a un mercado nuevo, donde promocionaremos las ventajas que ofrece la pectina, esto debido a el desconocimiento y hasta desconfianza de los consumidores hacia el producto, que aunque tiene múltiples usos, ha sido relegado al consumo en industrias específicas, por lo cual será difícil de ingresar al mercado, pero de cierta forma favorecedora, ya que el mercado estaría en su etapa de iniciación, lo que sugiere que podemos ingresar a este tipo de mercado, donde por las ventajas que ofrece la pectina, además de ofrecer un producto industrializado y de alta calidad nos permitiría la consolidación de la empresa. 2.3 ANÁLISIS DE MERCADO 2.3.1 PRECIO El precio del maracuyá, ha tenido una tendencia a incrementar desde un promedio inicial de 0,3 a 0.5 bs el kilo hasta un promedio de 0.8 a 1.2 bs. (Dependiendo de la calidad), debido a los cambios climáticos, la coyuntura socio-económica y la aceptación del producto en los últimos años. Para esta determinación del precio tomamos datos de volumen de producción de las ventas realizadas para un año. El maracuyá se destina básicamente a jugo cuando hablamos de industrializarlo, este jugo pasteurizado concentrado que origina un desecho compuesto de cáscara y semillas que representa un 70% del material saliente en el proceso en relación de la materia entrante. Es decir, por ejempló, de 100g de maracuyá que ingresa al proceso, 30g es jugo y 70g pertenecen al peso de cáscara y semillas. Con todos estos datos hemos determinado el precio de la pectina.
15
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta El precio que será fijado por descreme será de 30 bs/Kg, esto porque el mercado es nuevo y el producto brindará propiedades muy importantes a nuestros clientes, lo que permitirá que los precios sean accesibles, de alta calidad y que sea competitivo con los otros (importados.). 2.3.2 PRODUCTO Las pectinas a industrializar se aplicaran no solo en la industria alimentaria, sino también en la farmacéutica y cosmética, para la preparación de pastas y cremas gelificadas, como dispersante y en general para reducir la presencia de azúcar. El empleo de la pectina será como gelificante, la pectina a extraer de la cáscara del Maracuyá tiene que tener un grado de gelificación del 50 - 70%, este grado de gelificación lo podemos medir con análisis físico-químicos al producto obtenido. Se hace una relación de cuántos gramos de cáscara de Maracuyá se utilizó y cuántos gramos de pectina se obtuvo. Mientras mayor sea el grado de gelificación que se va a obtener será mejor la gelificación El producto se presentará en un envase plástico en polvo, ya que pasará por un proceso de secado y molido para su envasado, cada envase contendrá 0,5 Kg de pectina. Los envases a utilizar serán herméticos, llevando en cada uno una etiqueta, como se muestra en la figura
Ilustración2 Etiqueta con el logotipo que llevará la empresa Maracupec, fuente propia
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Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta
2.3.3 PLAZA Lugar geográfico y mercado objetivo Nuestro mercado foco serán las industrias de alimentos y farmacéuticas de Cochabamba que principalmente son consumidores potenciales, además como la pectina no es un producto de primera necesidad la venta se hará semestralmente a cada empresa. Comercialización La comercialización del producto se realizara con una visita a cada empresa para mostrar las utilidades y demostrando la calidad del producto. Tabla 4 Comercialización del producto por provincias ZONAS
CENTRO DE ABASTO
COCHABAMBA-QUILLACOLLO
PIL SRL QUIMBOL COCA COLA OTROS
SACABA
PEPSI
Distribución 17
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta En un principio nuestro principal canal de distribución, será el siguiente:
PRODUCTOR
CONSUMIDOR
Mediante contratos periódicos con las principales empresas, fábricas, y otros de la ciudad de Cochabamba, para la provisión de nuestros productos. Posteriormente de acuerdo a estudios de marketing se abarcará otras empresas como de cosméticos, farmacéuticas y de limpieza dando a cada una con un trato personalizado. De esta manera la distribución de nuestro producto llega a ser a través de canales directos y cortos Margen de bruto de comercializacion= Pfinal-PProductoPfinal*100 %
Margen de bruto de comercializacion= 15 Bs.- 11 Bs.15 Bs.*100 = 26 %
Este margen es bastante pequeño de manera que nuestro fin sea la producción y no la ganancia en la comercialización del producto final. 2.3.4 PROMOCIÓN Es difícil posicionarse y tomar participación en el mercado de pectina, sin embargo, al presentar al cliente un producto innovador de características peculiares, muchos decidirán su consumo, en las que se consideran su presentación: agradable a la vista, por probar un producto nuevo o simplemente por curiosidad. En este sentido nuestro plan de promoción irá orientado a una campaña de información sobre las características del producto, además de ser muy útil y de un precio accesible.
18
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Comunicación o promoción Semestralmente se imprimirán guías de consulta exponiendo las propiedades y beneficios que tiene el producto, haciendo hincapié en sus múltiples utilidades y serán entregadas a empresas, industrias y otros que puedan requerir de la pectina. A todo esto se sumará la excelente calidad del producto y principalmente el trato personalizado y cordial que se tendrá a cada uno de nuestros clientes, brindándoles facilidades de adquisición, resaltando nuestras políticas: “Los clientes deben ponerse en primer lugar, generando clientes satisfechos gracias a personas de excelencia que trabajan para triunfar”. Aspectos de comercialización Para la comercialización se hará un sistema de ventas donde habrá un grupo reducido de vendedores, obviamente el objetivo de este elemento consiste en la venta, distribución o comercialización directa de pectina Las ventas se realizarán a través de dos y/o tres personas que se encargan de realizarlas, ofreciendo y distribuyendo los productos en las diferentes zonas de la ciudad a través, de los vehículos distribuidores, estas personas ofrecen y venden personalmente los productos a diferentes clientes, que en su mayoría son directos (canales de distribución) y estos a su vez venden a la población consumidora el producto ya terminado, por lo tanto los volúmenes de venta y los volúmenes de producción de la industria dependen de la capacidad neta del personal y de la capacidad de los vendedores de comercializar el producto en la ciudad. Marketing. Aunque un producto bueno se vende sólo, el hecho de no realizar campañas de publicidad en ningún medio, ni promociones, significa desconocimiento de la existencia del producto por gran parte de las empresas potenciales de la ciudad de Cochabamba, además se suma la falta de imagen y de prestigio por ser un 19
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta producto nuevo en el mercado y una empresa nueva, viéndose resumido a un limitado grupo de consumidores que conocen el producto y que lo aceptan , por lo que es necesario un plan de marketing. Para buscar las estrategias de marketing en nuestra empresa es necesario hacer un análisis de las debilidades y fortalezas de la empresa que se hará de manera interna, y también un análisis externo de oportunidades y amenazas que se detalla a continuación. 2.3.4.1 Análisis F.O.D.A Análisis interno
Fortalezas
Debilidades
•
Predisposición al cambio
•
Flexibilidad en el
• altos •
volumen de producción •
•
producto por su calidad Capacidad instalada
•
Innovación y mejora del
Estrategias de
mercadotecnia
producto constantemente •
Administración
unipersonal
Reconocimiento del
•
Costos de fabricación
Control de calidad
•
Costos de distribución
•
Control de ventas
•
Control de producción de
los operativos •
Falta de imagen y
prestigio
Análisis externo 20
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Oportunidades •
Amenazas •
Desarrollo de
proveedores. •
departamento
Ingresar en nuevos
segmentos de mercado. •
Economía baja en el
Precios altos en
•
Precio alto del producto
•
Crecimiento de
competencia
competencia de otros productos.
Para mejorar las fortalezas y reducir debilidades, se utilizarán estrategias de ataque y desarrollo hasta llegar al 30% del mercado los primeros tres años. Se elaborará un plan donde se visitará cada empresa, a manera de orientar al consumidor sobre los beneficios que ofrece la pectina y qué papel juega en el producto, a tiempo de ofertarlo. Los primeros 3 años el plan de comunicación será constante, lo que se pretende es aumentar el mercado cada año hasta llegar al 30%, el primer año se abarcará el 10% del mercado en pectina ya que la mayor parte de la venta de pectina lo tienen los productos extranjeros y cuando un producto nuevo entra al mercado existe desconfianza por la falta de imagen del mismo; Lo que nos favorecerá es que entraremos al mercado siendo un producto novedoso y con ayuda de la publicidad a cada empresa se aumentará el segundo año hasta el 18%, para el tercer año se plantearán nuevas estrategias de marketing dependiendo a los gustos que estén en vigencia en esa temporada, hasta llegar al 30%. Después del tercer año se harán estrategias defensivas para cuidar el mercado ofreciendo mejoras en el producto en la calidad, además de una atención preferencial al cliente. 21
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 2.4 PROYECCIÓN DE MERCADO El presente proyecto empleará el método de series de tiempo debido a que el consumo de nuestro producto dependerá del crecimiento de la industria logrando de esta forma aumentar el consumo del producto. La información se basa en los datos históricos de consumo de maracuyá. El cálculo de crecimiento de la demanda de pectina se ve determinado básicamente por el crecimiento de las empresas que utilizan la pectina logrando de esta forma aumentar el consumo del producto. La proyección de la demanda se realizo con los datos obtenidos del INE y también por otros estudios realizados. 2.4.1 DEMANDA Estimación de las empresas que producen jugo de frutas: P= P0(1+r)n
P0 =Poblacion del año base 1997 r=Tasa de crecimiento del 3% n=numero de periodos que trasciende desde P0
Tabla 5 Demanda de maracuyá Año
Población
Total consumo de
Total
Total
Total
maracuyá
consumo
Demanda
Demanda
en industrias
de
(Ton/año
(Kg/año)
[Ton/año] Mercado Exportación
maracuyá
)
para
local
consumo fresco
22
rc
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta [Ton/año]
1996
1631048
109
-
210
319
319000 5.113
1997 1679979.9
593
62
220
875
875000
1998
1730379
623
240
231
1094 1094000 1.582
1999
1782291
654
470
243
1367 1367000 1.304
2000
1835759
686
768
255
1709 1709000 1.074
1.92
Fuente propia en base al INE y una “Encuesta agropecuaria del área tropical del departamento de Cochabamba”
Estimación de la demanda: Dt=rc* Pt rC=Tasa de consumo percapita promedio 1.1954 Pt =Poblacion del periodo t Dt =demanda del año base
Tabla 6 Estimación de la demanda basada en el consumo de maracuyá
Año
Población consumidora
Total consumo de
Total
maracuyá
consumo
en industrias
maracuyá
Total
Total
[Tn/año]
para
consumo
Demanda
consumo
(Ton/año)
(Kg/año)
Mercado local
Exportación
fresco [Ton/año]
2010
2328158
1117
1251
415
2783
2783000
2011
2080117
1173
1313.5
436
2486.5
2486500
2012
2567416
1232
1379
458
3069
3069000
2013
2695875
1294
1448
481
3223
3223000
23
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 2014
2830933
1358
1521
505
3384
3384000
2015
2971476
1426
1596
530
3552
3552000
Fuente propia en base al INE y una “Encuesta agropecuaria del área tropical del departamento de Cochabamba” Como se tomo en cuenta los datos en base a la demanda de maracuyá, entonces asumimos que del total del consumo de maracuyá un 30% consumirán el nuevo producto (Maracupec).
de las empresas
Por lo tanto la demanda real de
nuestro producto será: Tabla 7 Proyección de la demanda de pectina Año 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Demanda [Kg] 2783000 2486500 3069000 3223000 3384000 3552000
2.4.2 OFERTA La instalación de la planta con capacidad de procesar 20 toneladas por año de cascara de maracuyá, cuyo volumen cubriría la demanda de pectina en las industrias que no tiene preferencia por otro producto, pero por el momento se iniciará con un volumen de producción de 7 ton año, por el primer año y luego se incrementara en un plazo de 5 años Tabla 8 Proyección de campaña de marketing
Volumen de
2011 7
2012 7
2013 13.4
2014 17
2015 20
Prod. [ton] Características
-Calidad
Calidad
- grado de
- grado de
- grado de
a realizar
exportación.
exportación.
esterificación esterificación esterificación
24
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta durante
- grado de
la campaña
- contenido
- contenido
esterificación esterificación
de metoxilo
de metoxilo
publicitara de
- contenido
- contenido
- Viscosidad
ingreso al
de metoxilo
de metoxilo
mercado
- Viscosidad
- Viscosidad
- aceptación
- aceptación
del producto. Elaboración propia.
- grado de
del producto.
CAPÍTULO III ABASTECIMIENTO DEL PROYECTO 3.1 DESCRIPCION DE LA MATERIA PRIMA, MATERIALES Y SUMINISTROS DE FÁBRICA 3.1.1 Descripción de la Materia prima Maracuyá El maracuyá es una planta de origen tropical, conocida también como fruta de la pasión, se utiliza la variedad Pasiflora edulis flavicarpa que es la más cultivada, presenta un sabor dulce particular intenso y una acidez alta, muy apreciado en los países norteamericanos, europeos y asiáticos que demandan esta fruta con gran interés. Su jugo es ácido y aromático; se obtiene del arilo, tejido que rodea a la semilla, y es una excelente fuente de Vitamina C, Vitamina A, Potasio, Magnesio y
25
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Ácido Fólico; así también la cáscara es rica en pectina y las semillas tienen alto contenido de aceite con gran valor nutritivo y fácilmente digerible. Esta fruta es de vital importancia para muchos agricultores que a diferencia de otros productos agrícolas, el cultivo de maracuyá requiere una mínima inversión y tiene un rendimiento importante de producción.
Ilustración 3 Morfología del maracuyá Al hablar de morfología de la maracuyá se menciona las partes del fruto que componen su estructura, como se puede observar en la Figura 3, donde el Exocarpio es la cáscara o corteza del fruto, que tiene una apariencia lisa y está recubierto de cera natural que le da brillo y el color varía desde el verde a amarillo canario cuando está maduro.
La siguiente capa es el Mesocarpio que es la parte blanda porosa y blanca formada principalmente por pectina, tiene un grosor aproximadamente de 6 mm y por último la placenta que es una especie de bolsa compuesta de funículos que sostienen los arilos, éstos son los que contienen el jugo y envuelven a las semillas.
26
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta La pectina se deposita principalmente en la lámina media
Ilustración 4
Mesocarpio de las paredes celulares vegetales, es decir, en el Mesocarpio, siendo los tejidos mesenquimáticos y parenquimáticos particularmente ricos por sustancias pécticas, celulosa y hemicelulosa, las sustancias pécticas tienen la función de ser estructurales; dando forma, confiriendo elasticidad o rigidez, protección, soporte además de ser agentes de hidratación, formando redes como se observa en la Figura 4. Constituyendo del 21 al 30% del peso seco de la pared celular primaria. 3.1.2 Ubicación Geográfica La producción en Cochabamba de maracuyá se dio el 2010 en 1085 ton, teniendo un consumo muy alto por lo que se espera pueda aumentar en los siguientes años. Brasil es el mayor productor de Maracuyá, mas su participación en el mercado mundial sólo representa el 10%, ya que destina al mercado interno gran parte de su producción, comercializando dentro del país el 70% como fruta fresca y el 30% restante como jugo y concentrado. En la siguiente tabla se ve el porcentaje de producción de maracuyá en los principales países productores.
27
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Ilustración 5 principales países productores de maracuyá
3.1.2.1 Distribución en Bolivia En chapare existían en 1999 de 80 a 100 hectáreas plantadas de maracuyá, especialmente de la variedad Golden Star, en manos de pequeños agricultores con un promedio de 0.5 Ha cada uno, y distribuidos por toda la región, pero con alguna concentración en las regiones de la parte este. La producción en Cochabamba de maracuyá se da en mayor porcentaje en el chapare alcanzando en 1999 a 700 ton, y el anterior año llegó a 1085 ton, por lo que se espera se presentará una sobre oferta que podría agravarse en años futuros. 3.1.3 Materiales e insumos Materiales: DESCRIPCION Etiquetas Envases herméticos
Etiquetas: la etiqueta es un método de información al consumidor sobre la naturaleza, la cantidad, la forma de utilizar. El etiquetado también proporciona información sobre el valor de la pectina en la industria alimenticia y farmacéutica, además, debe figurar también el nombre y dirección del fabricante o la cadena para la cual se ha fabricado dicho producto. La descripción del contenido (y cualquier ilustración) debe ser veraz, exacta y no engañosa (ésta es la esencia de gran parte de la legislación alimentaria y farmacéutica). Envases herméticos: los envases donde se va a colocar la pectina molida tienen que conservarla, no dejando que el producto se dañe o que el envase se rompa.
28
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Con un envase de plástico hermético que será cerrado al vacío, este proporcionará una mayor vida al producto, y se logrará que sea fácil de transportar ya que tendrá un tamaño requerido para el mercado. Insumos Agua desmineralizada Ácido cítrico Hexametafosfato de sodio Etanol al 95% Agua para lavado Agua desmineralizada Utilizada para la generación de vapor, retirando todo el calcio y magnesio , dejando el agua libre de dureza esto es posible ya que no tiene cationes ni aniones, Ácido cítrico Sólido blanco, de fórmula C3H4OH(COOH)3, soluble en agua y ligeramente soluble en disolventes orgánicos, con un punto de fusión de 153 °C. El ácido cítrico se encuentra en diferentes proporciones en plantas y animales, ya que es un producto intermedio del metabolismo prácticamente universal. En mayores cantidades se encuentra en el jugo de las frutas cítricas, de las que se obtiene por precipitación, añadiendo óxido de calcio. La principal fuente de obtención comercial del ácido es la fermentación del azúcar por la acción del hongo Aspergillus niger. Se emplea como aditivo en bebidas y alimentos para darles un agradable sabor ácido. También se utiliza en fármacos, para elaborar papel cianotipo, en imprenta textil y como agente abrillantador de metales Etanol al 95%
29
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta De fórmula C2H5OH, es un líquido transparente e incoloro, con sabor a quemado y un olor agradable característico, tiene un punto de fusión de
-114,1°C, un punto
de ebullición de 78,5°C y una densidad relativa de 0,789 a 20 º Es el alcohol que se encuentra en bebidas como la cerveza, el vino y el brandy. Debido a su bajo punto de congelación, ha sido empleado como fluido en termómetros para medir temperaturas inferiores al punto de congelación del mercurio, -40 °C, y como anticongelante en radiadores de automóviles. Normalmente el etanol se concentra por destilación de disoluciones diluidas. El de uso comercial contiene un 95% en volumen de etanol y un 5% de agua. 3.1.4 Suministros de Fábrica Energía eléctrica Combustible Gas licuado
Energía eléctrica Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos. La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico como consecuencia de la diferencia de potencial que un generador esté aplicando en sus extremos, por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se convierte en energía mecánica, calórica y en algunos casos luminosa, gracias al motor eléctrico y a las distintas piezas mecánicas del aparato. Combustible Es cualquier material capaz de liberar energía cuando se quema, y luego cambiar o transformar su estructura química. Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable.
30
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Gas licuado El gas licuado del petróleo (GLP) es la mezcla de gases condensables presentes en gas natural o disueltos en petróleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de condensar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano. 3.2 DESCRIPCION DE FUENTES Tabla 9 Descripción de fuentes de aprovisionamiento
Ítem cáscaras de maracuyá
Distribuidores
Etiquetas
Imprentas
Envases herméticos
Mercado
Agua desmineralizada
abastos productos químicos
de
– – –
LUSAC AVENDROT TELCHI
Ácido cítrico
abastos productos químicos
de
– – –
LUSAC AVENDROT TELCHI
de abastos productos químicos
de
– – –
LUSAC AVENDROT TELCHI
abastos productos químicos
de
– – –
LUSAC AVENDROT TELCHI
Hexametafosfato sodio Etanol al 95%
TAMPICO DEL TRÒPICO DEL VALLE – PIL - Imprenta sagitario :cobro de 1Bs por pieza con diseño a colores entrega en 2 días según la cantidad requerida - Flexo Print S.R.L: por pieza 1.2 por pieza hecho de material orgánico entrega en 2 días según la cantidad requerida. Cada envase hecho de plástico con cerrado hermético, con tapas de colores rojo, verde y azul. – – –
31
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta energía eléctrica
Elfec
–
Elfec
combustible
Surtidor
–
La Joya
gas licuado Mercado 3.3 REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO
-
3.3.1 Maracuyá 3.3.1.1 Morfología de la maracuyá Al hablar de morfología de la maracuyá se menciona las partes del fruto que componen su estructura, donde el Exocarpio es la cáscara o corteza del fruto, que tiene una apariencia lisa y está recubierto de cera natural que le da brillo y el color varía desde el verde a amarillo canario cuando está maduro. La siguiente capa es el Mesocarpio que es la parte blanda porosa y blanca formada principalmente por pectina, tiene un grosor aproximadamente de 6 mm y por último la placenta que es una especie de bolsa compuesta de funículos que sostienen los arilos, éstos son los que contienen el jugo y envuelven a las semillas. La pectina se deposita principalmente en la lámina media de las paredes celulares
vegetales,
es
decir,
en
el
Mesocarpio,
siendo
los
tejidos
mesenquimáticos y parenquimáticos particularmente ricos por sustancias pécticas, celulosa y hemicelulosa,
las sustancias pécticas tienen la función de ser
estructurales; dando forma, confiriendo elasticidad o rigidez, protección, soporte además de ser agentes de hidratación, constituyendo del 21 al 30% del peso seco de la pared celular primaria. 3.3.1.2 Composición química El fruto de la maracuyá está compuesto por agua que es el constituyente principal de frutas y hortalizas, se encuentra en dilución formando parte de soluciones con minerales o agua ligada presente en la membrana del citoplasma y núcleo, y agua
32
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta de constitución, que está directamente ligada a los componentes de las moléculas químicas y la cuál es difícil de remover. Por otro lado, están los carbohidratos totales (Glucósidos y azúcares) que son la suma de azúcares sencillos, polisacáridos (almidón, celulosa y hemicelulosa), y sustancias pécticas. Dentro de las sustancias pécticas, se tiene a la pectina, un polisacárido coloidal y complejo que forma parte de la estructura de las frutas como se explicó anteriormente. 3.3.1.3 Cascara de maracuyá Cerca del 60-70% del peso total de la fruta está representado por la cáscara y las semillas. Estos residuos pueden ser aprovechados industrialmente, teniendo en cuenta el alto contenido de pectina de la cáscara y de aceite en las semillas. El contenido de pectina de la corteza es de alrededor del 2%; el rendimiento de extracción de pectina es alto y el nivel de metoxilos es suficiente para su aplicación en la producción alimenticia o farmacéutica. Preferentemente, la fruta a utilizarse debe ser sana, la madurez debe ser intermedia, la corteza no debe presentar magulladuras y partes en estado de descomposición; esto permite tener un buen rendimiento y buena calidad de pectina.
33
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Ilustración 6 Estados de madurez del maracuyá
3.4 SELECCIÓN DE FUENTES DE APROVICIONAMIENTO Ítem cáscaras de maracuyá Etiquetas
Mercado
–
- Imprenta sagitario :cobro de 1Bs por pieza con diseño a colores entrega en 2 días según la cantidad requerida
Imprentas
Envases herméticos
Mercado
Agua desmineralizada
abastos de productos químicos
Ácido cítrico
abastos de productos químicos
Hexametafosfato de sodio
abastos de productos químicos
Etanol al 95%
abastos de
Del trópico y Tampico
Cada envase hecho de plástico con cerrado hermético, con tapa color verde
AVENDROT
–
34
–
LUSAC
–
LUSAC
–
TELCHI
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta productos químicos energía eléctrica
Elfec
combustible
surtidor
gas licuado
mercado
– –
Elfec La joya
3.5 PROGRAMA DE ABASTECIMIENTO Tabla 10 Programa de abastecimiento en seis años
ITEM
unidad
volumen de producción Kg.
Kg
2011
2012
2013
2014
201
201
517.4
517.4
1051
1301
5 1568
1568
6
6602
6602
13404
16605
20006
20006
Materia prima Cáscara maracuyá
de
Kg.
Materiales Etiquetas
Pieza
2000
2000
3000
3000
3500
3500
Envases herméticos
Metros
2000
2000
3000
3000
3500
3500
m3
567
567
1151
1426
1718
1718
Ácido cítrico
Kg
7
7
15
18
22
22
Hexametafosfato de sodio Etanol al 95%
Kg.
17
17
34
42
51
51
L.
680
680
1382
1711.5
2062
2062
49500
49500
10050
12450
150000
150000
Insumos Agua desmineralizada
Suministros
de
fábrica
Energía eléctrica
KWH
35
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Combustible
L.
Gas licuado
Garrafa
0
0
3300
3300
6700
8300
10000
10000
83
83
168
208
250
250
413
838
1038
1250
1250
Agua potable M3 413 3.6 COSTOS DE ABASTECIMIENTO
Tabla 11. Requerimientos para procesar 80 Kg. de materia prima
CANTIDAD
UNIDAD
ITEM
Costo Unitario Bs
Costo total en Bs.
Costo total en $us
0.12
10
1
Materia prima 80 Kg.
Cascara de maracuyá
materiales 4 Pieza
Etiquetas
1
4
1
4 Pieza
envases herméticos plásticos
2
8
3
Agua desmineralizada
2.25
326
47
Ácido cítrico
250
22
3
Hexametafosfato de sodio Etanol al 95%
250
51
7.3
9
74
11
Energía eléctrica
1.5
900
129
Combustible
3.7
148
21
1 Garrafa
Gas licuado
23.5
23.5
3
5 M3
Agua potable
1.5
7.5
1
1574
227
51
7
Insumos 145 L 0.0883 Kg 0.204 Kg. 8.24 L. Suministros de fábrica 600 KWH 40 L.
Total improvistos
3%
36
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Total
251
1596
Tabla 12 .costo de materia prima para el 100% de capacidad de planta CANT
UNIDAD
DESCRIPCION
COSTO UNI (BS/KG)
CANTIDAD EN KG
COSTO TOTAL (BS)
COSTO TOTAL ($US)
1
FRUTA
MARACUYA
4
30778
113089.6
16156
0.2
25008
5002
715
1
RESIDUO
1
PIEZA
3
80
JORNALERO
Kg.
de
RESIDUOS DE MARACUYA (CÁSCARA Y PEPAS) CASCARA DE MARACUYA
0.12
TRASTLADO Y MANIPULEO DE CASCARA DE MARACUYA
20006
8
2401
48000
TOTAL 1568 50401 cáscaraKg. de 6.27 g de producto (pectina)
343
6857 7200
maracuyá 20006 Kg.
1568 Kg. De producto (producción al 100%)
Tabla 13. Costo total de materia prima por año (Expresado en $u$) Costo total volumen de producción volumen de producción Kg. Costo total de materia prima insumos materiales y servicios ($u$)
2011
2012
2013
2014
2015
2016
33%
33%
67%
83%
100%
100%
6602
21078
6602
21078
13404
42796
CAPÍTULO IV
37
16605
53016
20006
63874
20006
63874
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta ESTUDIO TÉCNICO 4.1 UBICACIÓN Y EMPLAZAMIENTO DE LA PLANTA 4.1.1 Localización El objetivo del análisis de localización del proyecto se basa en la necesidad de maximizar las utilidades o minimizar los costos unitarios, mediante un análisis de variables consideradas como factores de localización. El análisis de la localización del proyecto, identifica el lugar cuyos servicios y condiciones satisfacen óptimamente los requisitos de la planta de procesamiento, y en el que los beneficios netos generados por el proyecto, serán mayores que en cualquier sitio alternativo. La elección de la localización apropiada se realiza a dos niveles: ➢
Macro localización
➢
Micro localización
4.1.2 Ubicación La selección a este nivel se refiere a la elección de una región o zona de amplitud geográfica considerable, en la cual se evalúa criterios de tipo económico y social, de acuerdo con las características el proyecto. En el análisis, por su ubicación geográfica cercana tanto a los mercados objetivos, como a la zona de producción es en chapare, colcapirhua, Quillacollo, cercado y sacaba. La macro localización estará definida entre las provincias de CochabambaQuillacollo por el kilometro 9 a 12 de la avenida Blanco Galindo y en el Chapare en la zona este. 4.1.3 Emplazamiento Por la complejidad del análisis de localización por el método de factores se ha dividido en dos partes: 38
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta ➢
Análisis por factores cualitativos
➢
Análisis por factores cuantitativos
4.1.3.1 Factores cualitativos no cuantificados De acuerdo al método cualitativo existen numerosos factores cualitativos que pueden influir en la decisión de la localización que puede hacer inviable el proyecto, como pueden existir ciertos factores que no afecten en lo más mínimo a la optimización de los recursos utilizados. Entre los principales factores de localización se pueden identificar ocho, los cuales se detallan a continuación: 4.1.3.1.1 Disponibilidad de materia prima Prácticamente el factor más importante y de mayor incidencia para la localización, pero sin significar una limitación para el proyecto. Debe considerarse una ubicación de la planta que tenga un acceso a los puntos de producción de maracuyá o también cerca a empresas que produzcan jugos de maracuyá para recepcionar la cascara de cada empresa, puesto que constituyen la materia prima vital para el proyecto. 4.1.3.1.2 Existencia de mano de obra Es otro factor importante que determinará la localización del proyecto. La ubicación de la fábrica tendrá en sus proximidades gente sin ser experta en la materia, tiene alguna experiencia en el trabajo con productos alimenticios y/o farmacéuticos. 4.1.3.1.3 Accesibilidad Debe considerarse un eficiente y rápido acceso tanto de los proveedores de materia prima a la fábrica, como de la fábrica a las empresas que se comercializarán el producto, para de estar manera permitir una adecuada distribución al mercado objetivo y al mismo tiempo disminuir costos de transporte.
39
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 4.1.3.1.4 Disponibilidad de terreno La disponibilidad de terreno en estas zonas si no es abundante es aceptable, ya que existe gran cantidad de terrenos en venta, pero la zona está poblada, variando el costo del mismo no muy significativamente. 4.1.3.1.5 Clima Se concluye que existe una acentuada diferencia entre las temperaturas de ambos lugares, siendo las temperaturas de 32 ºC máx. Y 0ºC mín. en un año en la provincia de Cochabamba- Quillacollo, al contrario que en Chapare el clima es más cálido y existe una mayor humedad. 4.1.3.1.6 Energía eléctrica Las regiones analizadas como probables localizaciones cuentan con energía eléctrica, por tanto no existirá ningún tipo de inconvenientes con la electrificación de la planta. 4.1.3.1.7 Agua La zona de ubicación del proyecto, debe contar con la infraestructura básica que permita calificarlas como factible para la instalación de la planta, haciendo imprescindible el suministro de agua. Sobre la base de los anteriores factores cualitativos, se procesará a efectuar el análisis para tres lugares posibles, donde podrá ser instalada la planta. La metodología que seguiremos para la localización está basada en el método cualitativo por puntos, se efectúa el análisis para determinar en cuál de estas zonas se procederá a instalar la planta. El peso asignado a cada uno de los factores está en relación directa con las necesidades más importantes para que el proyecto marche sin dificultades, dicho peso está dentro de la escala de 1 a 100 % sumando el total de los pesos un 100%. La calificación de cada zona fue evaluada basándose en cada factor, en una escala de 1 a 10, donde 1 es la calificación pésima y 10 es una calificación excelente. La ponderación de cada zona es el producto de la calificación por el peso de cada factor respectivo. El mayor valor, 40
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta resultado de la suma de las columnas ponderadas revelará el lugar apropiado para la localizar el proyecto. Los resultados de la evaluación se pueden ver en el cuadro siguiente: Tabla 14 Evaluación de factores Cualitativos Macro localización Factores cualitativos
Peso % CBBA-QUILLA
CHAPARE
Calif.
Pond.
Calif. Pond.
Disponibilidad de materia prima
20
7
1.4
9
1.8
Existencia M.O.
25
9
1.8
6
1.5
Accesibilidad
15
8
1.2
6
0.9
Disponibilidad de terreno
15
8
1.2
9
1.35
Clima
5
7
0.35
4
0.02
Energía eléctrica
10
10
1
10
1
Agua
10
10
1
7
0.7
Total general
100%
59
7.95
44
7.27
Fuente: Elaboración Propia Se puede concluir sobre los datos calculados en el cuadro anterior que la zona que presenta mejores cualidades para la instalación de la planta es la provincia de Cochabamba – Quillacollo. 4.1.3.2 Factores cuantitativos o cuantificables En la zona comprendida entre Cochabamba – Quillacollo específicamente hablando de la Av. Blanco Galindo vía de comunicación terrestre existen diferentes zonas en las cuales podríamos ubicar la planta como ser. En el municipio de Colcapirhua, en el municipio de Quillacollo mismo. Lugares en los cuales debemos considerar el costo del terreno, el costo del transporte, instalación de la planta y equipamiento. 41
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Los cuales detallamos a continuación: Tabla 15 Evaluación de factores Cualitativos Micro localización Factores cualitativos
Peso
COLCAPIRHUA
QUILLACOLLO
Calif.
Pond.
Calif.
Pond.
% Costo del terreno
15
8
1.2
7
1.05
Costo de maquinaria
30
9
2.7
6
1.8
Costo de transporte
30
7
2.1
8
2.4
Costo del personal
15
6
0.9
8
1.2
Costo de publicidad
10
3
0.3
2
0.2
Total general
100%
63
7.2
53
6.65
Fuente: Elaboración propia Concluimos que el lugar estratégico para la localización de la planta procesadora de pectina por las diversas ventajas que presenta para la misma planta se encuentra en el departamento de Cochabamba, y el emplazamiento en la localidad de Colcapirhua, zona con bastantes vías de comunicación, cercana a otras fábricas (mercado objetivo). 4.2 TAMAÑO DEL PROYECTO 4.2.1 Tamaño de planta La planta con un 100% de capacidad producirá 1568 kg de pectina entrando 20 ton de cascará de maracuyá al año con un rendimiento de 7.8% 4.2.2 Programa de ventas Año Programa de ventas volumen Kg.
2011 33% 517.4
2012 33% 517.4
42
2013 67% 1051
2014 83% 1301
20154 100% 1568
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Se puede apreciar que el primer año se trabaja a un treinta por ciento de la capacidad instalada, esto principalmente ya que se deberá trabajar en la difusión de las cualidades del producto, y con promoción se podrá ir aumentando la producción hasta llegar al volumen del 100% de la planta.
CAPÍTULO V INGENIERÍA DEL PROYECTO 5.1 Introducción La extracción de pectina de frutos, principalmente cítricos, mediante hidrólisis ácida es el principal y más utilizado procedimiento industrial de obtención de ésta, a pesar que en los últimos años se están realizando estudios de extracción de pectina por métodos enzimáticos y microbiológicos. La hidrólisis ácida puede ser inducida por varias alternativas, después de realizar un análisis técnico - económico se opta por utilizar ácido cítrico en el proceso.
43
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Los procesos esenciales para producir pectina de calidad, son: control de calidad de la materia prima, hidrólisis ácida, evaporación, secado y molienda. Con el proceso desarrollado, hidrólisis ácida, se logra obtener una pectina que cumple con los requerimientos de mercado, esto es: porcentaje de metoxilos, grado de gelificación, peso equivalente y porcentaje de ácido galacturónico; el proceso presenta un buen rendimiento económico, lo cual hace que sea una alternativa para los agricultores de cítricos hacia quienes está enfocado este proyecto. El rendimiento de pectina de varios frutos, se muestra en el siguiente cuadro: Tabla 16 Rendimiento de pectina de varios frutos FRUTO % Pectina Toronja 9,24 Naranja agria 9,99 Maracuyá 5,38 amarillo Maracuyá rojo 5,18 Limón 4,07 mandarina El parámetro químico más importante es el grado de esterificación (M.), es decir, el número de funciones carboxilo esterificadas por 100 grupos galacturónicos; esto permite distinguir dos grupos de pectinas: •
pectinas fuertemente metiladas (H.M. > 55 %);
•
pectinas débilmente metiladas (L.M. < 45 %).
Las pectinas con alto metóxilo (HM) pueden encontrarse en el mercado de tres tipos: Tabla 17 porcentajes de esterificación de la pectina Gelificación de
Porcentaje
la pectina Lenta Mediana
esterificación 60 - 67 68 - 70 44
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Rápida
71 - 76
Estas pectinas de alto metoxilo se caracterizan por un diferente comportamiento respecto a la gelificación, entendiéndose por gelificación el inicio de la formación del gel que aparece cuando una vez completada la cocción, la masa se enfría y alcanza la temperatura crítica de gelificación. Esta temperatura es característica de cada pectina. (Ver anexo 1) 5.2 Descripción del proceso La Pectina es una sustancia de origen vegetal, presente en las plantas, principalmente
en sus frutos, su característica principal es ser un gelificante
natural. El método más conocido para obtener pectina es la hidrólisis ácida, el cual consiste en someter a las cáscaras a una cocción en medio ácido, posterior filtración y purificación, con lo cual se logra separar la pectina presente del resto de compuestos de las cáscaras, para luego secarla y molerla hasta tener un fino polvo listo para comercializarlo. Actualmente se conocen varios métodos de obtención de pectina, a escala industrial el más utilizado es la hidrólisis ácida. Por esta razón se prueba este método con algunas modificaciones hasta obtener un proceso sencillo y acorde a nuestro medio, así se trabaja utilizando varios ácidos como el sulfúrico, tartárico y cítrico, sin embargo el ácido cítrico el más conveniente por varios factores, incluyendo el económico. El proceso de obtención de pectina, consta de las siguientes etapas: Preparación de la materia prima La materia prima será recibida en sacos de 20 Kg, la cual será pesada y llevada a la cinta de selección, donde se eliminará la cáscara no apta para el proceso Preferentemente, la fruta a utilizarse debe ser sana, la madurez debe ser intermedia, la corteza no debe presentar magulladuras y partes en estado de descomposición; esto permite tener un buen rendimiento y buena calidad de pectina. 45
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Inactivación ácida Se realiza el lavado de la cáscara (balsa de lavado); Ya lavada, será dirigida a una picadora de alimentos. La cáscara picada será dirigida a la máquina de cocción continua; el agua utilizada será cuatro veces el peso de la materia prima, a 60 65°C, durante 5 á 10 minutos, para eliminar
sustancias
solubles
en
agua
caliente, las cuales perjudican sus características organolépticas, es decir, puede la pectina adquirir mal sabor y olor, este proceso nos permite controlar
la
proliferación de microorganismos que pueden degradar la materia prima.
Hidrólisis ácida Ya teniendo la cascara tratada, ésta será trasladada con la ayuda de un elevador a un tanque, en el cual se añadirá agua a una relación 1:3 (cáscara: agua) y agitación constante de 400 rpm; la mezcla deberá alcanzar una temperatura de 50°C; la solución adicionada debe tener una concentración 0.0045 M de ácido cítrico y con 2,5% de hexametafos fato de sodio. Se mantendrá por 10 min, con constante agitación. Luego, la mezcla se hará pasar por un filtro monoplaca, con la intención de evitar el paso de la cáscara. Proceso en que la protopectina (insoluble en agua) presente en la materia prima se transforma en pectina (soluble en agua), que luego es fácilmente separada del resto de componentes insolubles de la materia prima (celulosa especialmente). Es importante
mencionar
que para realizar
la hidrólisis ácida se utiliza agua
desmineralizada, con el propósito de eliminar especialmente los iones calcio, los cuales tienen un efecto negativo en el rendimiento del proceso. Filtración El líquido filtrado será bombeado a la centrifugadora (3000rpm). Centrifugación 46
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Saliendo de la centrifugadora, será enfriado a 4°C. Posteriormente, se bombeará a un tanque para poder realizar la precipitación. Precipitación Se precipitará la solución fría con alcohol a 96°GL a una relación 1/0.96 de volumen; esta precipitación tendrá una duración de una hora.
Filtración Una vez que haya pasado el tiempo de precipitación, la pectina será bombeada a un filtro prensa. Una vez filtrada la pectina, se podrá recuperarla de las placas del filtro Secado Serán colocadas en bandejas para ser secada a 45°C por 12 horas o hasta que el peso sea constante. La pectina seca será removida de las bandejas y molida. Para esta operación se utiliza un secador de bandejas y se trabaja en condiciones de vacío. Molienda La pectina seca es sometida a un proceso de molienda, que se realiza en un molino de bolas hasta pulverización total, para tener un producto semejante al importado. Las operaciones de secado y molienda, antes descritos, se los debe realizar en forma continua y envasarlos lo más rápidamente posible, en recipientes herméticamente sellados, para así evitar la oxidación y humedecimiento de la pectina, ya que ésta es fácilmente oxidada y altamente higroscópica, o sea, adquiere humedad del medio ambiente de forma casi inmediata.
47
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta
5.3 Diagrama de flujo del proceso
48
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta
Fuente: Elaboración propia
5.3.1 Determinacion del tamaño del lote
El tamaño de la planta para una producción del 100% es de 1568 Kg.
49
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Tamaño del lote= tamaño de planta# de lotes a procesar por año
# de lotes a procesar por año=dias laborales anualesduracion de un lote en dias
# de lotes a procesar por año=250 dias1 dia=250 lotes
Tamaño del lote= 1568 Kg.250 lotes=6.27 Kg.lote
50
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 5.3.2 Diagrama del proceso (ver anexo 2)
TEXTO MOSTRADO E-1 E-10 E-11 E-12 E-13 E-14 E-15 E-16 E-17
DESCRIPCIÓN/ EQUIPAMIENTO CINTA DE SELECCIÓN CENTRIFUGA TERMO TANQUE TANQUE DE PRECIPITACIÓN TANQUE DE ALCOHOL BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO FILTRO PRENSA TANQUE DE AGUA TRATADA CALDERA
51
TEXTO E-19 E-2 E-20 E-3 E-4 E-5 E-6 E-7 E-8
DESCRIPCIÓN/ EQUIPAMIENTO MOLINO DE MUELAS BALSA DE LAVADO EQUIPO DE DESTILACIÓN ELEVADOR DE LA BALSA PICADORA DE ALIMENTOS ELEVADOR BLANCHER DE 150 L TANQUE DE HIDRÓLISIS ÁCIDA FILTRO MONOPLACA
E-18
SECADOR
E-9
52
BOMBA
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 5.4 Balance de masa (ver anexos 3) cascara
cascara
CO
cascara
seleccionada
pesada
cascara
picada
lavada
cascara
Cascara y
Sol.
tratada
sol. ácida
ácida
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Sol. ácida
solución
solución
solución
pectina
clarificada
fría
precipitada
húmeda
pectina seca
pectina seca
agua para lavado
MP UET SO CASCARA H2O(L) H2O(V) (NAPO3)6 C3H4OH(C OOH)3 PETINA H2O DESECHO ALCOHOL (95ºGL) CENIZA PROPECTINA ACIDEZ LIBRE SODIO CALCIO MAGNESIO
TOTAL
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
-
-
-
80 -
48 -
48 -
Kg/lote Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
-
-
-
-
-
6.829
-
-
48 -
48 -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
80
48
48
48
48
80.435 0.03 0.0013
100.92 -
0.5643 -
Kg/lote
0.5643 -
Kg/lote
-
6.27 -
6.27 -
6.27 -
6.27 -
-
-
-
98.234
-
-
-
-
6.829
0.0878 6.829
0.0878 6.829
-
-
0.08778
0.08778
-
-
0.1066
0.1066
-
-
0.10659
0.10659
-
87.56
0.0004 0.0094 0.005 87.766
0.0004 0.0094 0.005 87.766
184.97
107.19
0.00125 0.00627 0.00314 7.0393
0.00125 0.00627 0.00314 7.03933
99.82
48 80.435 80.435 80.435 0.204 0.204 0.204 0.0883 0.0883 0.0883
128.73 87.56
Balance de masa (continuación)
53
80.435 80.435 0.204 0.204 0.0883 0.0883
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
99.82 -
agua de
CO
descarte
agua de
agua
descarte
MP
vapor de vapor de agua condensada
agua tratada
sedimento
alcohol
sol. Ácida y
alcohol
alcohol
destilado
sol. ácida
ácido cítrico y vapor de agua (NAPO3)6
condensada
agua tratada
descarte
UET SO Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
Kg/lote
-
-
0.03 0.0013
-
0.03 0.0013
0.204 0.0883
20.4869 -
80.435 -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
98.234
98.234
98.234
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
64.745
35.454
98.234
0.0313
0.2923
20.4869
80.435
32 -
99.82 -
64.745 -
35.454 -
H2O
-
-
-
-
-
DESECHO ALCOHOL
-
-
-
-
-
-
-
-
-
32
99.82
CASCARA H2O(L) H2O(V) (NAPO3)6 C3H4OH(C OOH)3 PETINA
(95ºGL) CENIZA PROPECTINA ACIDEZ LIBRE SODIO CALCIO MAGNESIO TOTAL
Kg/lote
35.454 64.745 -
35.454 64.745
0.0013 0.0031 0.0019 0.0063
98.234 98.2353
54
5.5 Balance de energía (ver anexos 4)
C Sol.
O
cascara
cascara
M
cascara
P
pesada
seleccionada
cascara
picada
lavada
cascara
Cascara y
tratada
sol. ácida
agua para
ácida Sol. ácida
solución
solución
solución
pectina
clarificada
fría
precipitada
húmeda
pectina seca
pectina seca
lavado
U E T S O
T( ºC)
P (at) ρ (Kg/m3) K (Kcal/m
20 1
20 1
20 1
20 1
20 1
50 1
50 1
50 1
4 1
4 1
4 1
4 1
45 1
20 1
20 1
-
-
-
-
-
1867
1665
1665
1665
1665
73.941
59.26
997
997
998.2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0.517
0.382
0.382
0.382
0.3815
0.38
0.38
0.42
0.42
0.4
0.405
0.41
0.41
0.995
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0.6587
57.15
9.1
9.1
0.001009
0
0
0
0
0
1473.3
0
0
- 1695.6
0
0
0
118.33
- 72.153
58444.6
80
48
48
48
48
128.73 87.56
87.56
87.766
87.766
184.97
107.19
7.0393
7.03933
99.82
hºC) Cp (Kcal/K g ºC) μ (Kg/ms) AH (Kcal/K g) m Kg/lote)
0.382 0.382
55
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta Balance de energía (continuación) CO MP
agua de descarte
agua de
vapor de vapor de agua agua
descarte
condensada
agua tratada
sedimento
alcohol
sol. Ácida y
alcohol
alcohol
destilado
sol. ácida
ácido cítrico y vapor de agua (NAPO3)6
condensada
agua tratada
descarte
UET SO
T( ºC) P (at) ρ (Kg/m3) K (Kcal/m
20 1
20 1
65 1
110 1.414
65 0.247
23 1
20 1
20 1
4 1
78 1
78 1
20 1
110 1.414 0.5670.0
1.74
998.2
980.5
0.5735
0.1611
997.45
1.74
0.81
0.932
0.789
1665
1665
-
0.517
0.5735 0.02153 0.00012
0.5209
-
132E-4
-
143.48E-4
-
-
1.319E-5
0.5209
-
0.995
1.0005
0.0029
0.99923
-
0.61
0.5525
0.7612
0.38
-
0.505
0.99923
-
0.001009
1.1E-5
0.951E-3
-
7.75E-6
-
6.3E-6
-
-
642.5
0.94E-3
0
58444.6
40478.6
22779 22165.8
1454.76 1695.6 -1078.6
0
5533.4
0.88
0
22779.2
1807.3
32
99.82
64.745
35.454
98.234
0.0313
0.2923
20.4869
80.435
21533
23 1 997.45
hºC) Cp (Kcal/K g ºC) μ (Kg/ms) AH (Kcal/K g) m (Kg/lote)
0.505
0.4385E-3 1.319E-5
35.454 64.745 0.0063
98.234 98.2353
56
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 5.6 Diseño de equipos (Ver anexos 5) 5.6.1 Bomba La planta dispondrá de distintos tipos bombas en función de las necesidades requeridas en cada situación: –
bombas de desplazamiento positivo
–
bombas centrifuga
Las bombas tienen un funcionamiento más óptimo cuando trabaja con líquidos viscosos, además también se va a utilizar una bomba de desplazamiento positivo en la etapa de filtrado quitando todo lo que no precipitó. Tabla 18 : Diferencia entre una bomba centrífuga y de desplazamiento positivo
Características de las bombas de instalación 57
Para un correcto diseño de una bomba se toman en cuenta los siguientes parámetros. –
Potencia hidráulica es la potencia que la bomba transfiere directamente al fluido.
–
Potencia absorbida potencia eléctrica consumida por la bomba teniendo en cuenta el rozamiento producido en el interior de la bomba.
–
NPSH altura que debe estar la bomba con respecto a la altura de aspiración para evitar los fenómenos de aspiración.
5.6.1.1 Potencia hidráulica Con este parámetro lo que se pretende evaluar es la potencia que tiene que aportarle la bomba al fluido para vencer una determinada altura y la fricción del paso del mismo a través de un sistema de tuberías. Para evaluar esta potencia se parte de la expresión de Bernouilli:
Los puntos A y B se tomarán en la superficie de los depósitos, partiendo de esta premisa se pueden aplicar las siguientes simplificaciones –
Los términos de presión se anulan mutuamente, ya que ambos depósitos se encontrarán a presión atmosférica.
–
La velocidad a la que desciende el nivel de los depósitos se puede considerar despreciable.
Quedando por tanto la siguiente expresión:
Quedará para evaluar las pérdidas de cargas, la expresión para evaluar las pérdidas de carga será:
58
Obtenemos: BOMBA E-14 E-9
Re 42462.44 10.59
h(m) 3.35 1.18
ZB - ZA 0 0
H(m) 3.35 1.18
Una vez tenemos H, que se conoce como la potencia en cabeza y se encuentra en metros, únicamente habrá que pasar a unidades de potencia, como son los Watios:
BOMBA E-14 E-9 5.6.1.2 potencia absorbida
P(W) 0.896 0.258
Como se menciono anteriormente se necesita conocer las pérdidas por fricción que se producen en el interior de la bomba.
El rendimiento de la bomba es un parámetro que lo proporciona el fabricante para el caso de las bombas utilizadas en la planta, el rendimiento es del 70% BOMBA E-14 E-9
Phid(W) 0.896 0.258
Pabs(W) 1.5232 0.4386
5.6.1.3 NPSH Este parámetro se evalúa únicamente a las bombas centrifugas puesto que son las únicas que tienen riesgo e cavitación. Se evaluará a partir de la siguiente expresión:
59
Al cual se le aplican las siguientes simplificaciones: - El término de velocidad se anula porque la velocidad de baja del nivel en el depósito es muy baja y se considera prácticamente cero. - Se considera la presión de vapor de la pectina igual a la del agua. (Pv= 4.15*103 Pa). BOMBA E-9
NPSH 4.89
5.6.2 Secador Para el secado en un secador de compartimientos o de bandejas, donde el aire pasa en flujo paralelo sobre la superficie de la bandeja, las condiciones de aire no permanecen constantes. Deben llevarse a cabo balances de calor y de materia, para determinar la temperatura y la humedad del gas de salida.
Diagrama de bloques del secador continuo
60
NOMBRE E-18
FLUJO DE AIRE 140.233
HUMEDAD 0.0092
5.6.3 Equipo de destilación La operación unitaria de destilación es un método que se usa para separar los componentes de una solución líquida, el cual depende de la distribución de estos componentes entre una fase de vapor y una fase líquida. Ambos componentes están presentes en las dos fases. La fase de vapor se origina de la fase líquida por vaporización en el punto de ebullición. El requisito básico para separar los componentes por destilación consiste en que la composición del vapor sea diferente de la composición del líquido con el cual está en equilibrio en el punto de ebullición de este último. La destilación se basa en soluciones en las que todos los componentes son bastante volátiles.
NOMBRE
E-20
CARGA TÉRMICA DEL CONDENSADOR
129.077*106 (Kcal/lote)
5.6.4 Tanque de agua y alcohol
61
CARGA TÉRMICA DEL HERVIDOR
129.083*106 (Kcal/lote)
La planta va a contar con 2 tanques de almacenamiento y regulación de caudales, los equipos se diseñarán mediante el método internacional: CÓDIGO ASME SECCIÓN VII DIVISIÓN I ANSI/ASME BPV code-VII-I (2000) (rules for construcción of pressure vessels). Según este código un recipiente a presión está constituido por una envolvente, normalmente metálica, capaz de contener un fluido líquido o gaseoso, cuyas condiciones de temperatura y presión son distintas a las del medio ambiente. Dentro de la clasificación que realiza el código ASME VII, el tipo de depósito que se utiliza en la instalación será un deposito de almacenamiento cilíndrico, cerrado, vertical y de fondo elíptico. El material elegido para la construcción será de acero inoxidable AISI 316, por ser este el más comúnmente utilizado en la industria alimentaria. 5.6.4.1. Diseño de los tanques de la instalación El procedimiento utilizado para el diseño de los depósitos es evaluar el volumen que circulará a través de cada deposito a lo largo de la jornada laboral, el siguiente paso será establecer la relación h/D, que se realiza de modo arbitrario, para la instalación se opto por una relación h/D=2. A continuación se detalla el procedimiento de cálculo realizado: Q m3h= Vm3th Q m3h = Caudal que llega al depósito Vm3 = Volumen del depósito th = tiempo de trabajo al día de la planta CÓDIGO E-13 E-16
NOMBRE Tanque de alcohol
Q(Kg/h) 98.234
tanque de agua tratada
80.435
V(m3)
D(m)
992
3.35
0.645
1.18
El fondo del tanque será eliptico 2:1, una vez establecido el diámetro del depósito, con los siguientes cálculos podremos obtener la altura de la envolvente del depósito:
62
Una vez con el volumen del cilindro, se podrá obtener la altura del cilindro Vcilindro= π×D22×h CÓDIGO
D(m)
E-13
NOMBRE Tanque de alcohol
Vcilindro
h(m)
3.35
V2f 1.66
12.1
1.37
E-16
tanque de agua tratada
1.18
1.661
6.34
5.76
5.6 Requerimientos de equipos y maquinaria Tabla 19 Maquinarias y equipos por proceso
63
Proceso preparación de la materia prima
inactivación enzimática
Ítem cinta de selección balsa de lavado picadora de alimentos elevador de balsa Blancher de 150 L tanque de agua tratada caldera elevador
hidrólisis ácida
tanque de hidrólisis ácida
filtración
filtro mono placa
centrifugación
centrifugadora
enfriado
termo tanque
precipitación
tanque de precipitación tanque de alcohol bomba de desplazamiento positivo
filtración
filtro prensa
secado
secador de bandejas
molido
molino de muelas
envasado
Selladora al vacio Balanza de precisión
64
Tabla 20 Depreciación de maquinarias y Equipos ITE M
DESCRIPCION
1 2
Cinta transportadora (empacados) Lavador
Otakara
3 4
elevadores Lavador
caterpillar ecatepec
5 6
bascula bomba
7
motor(generado r de corriente continua) cinta transportadora Máquina trituradora
8 9 10 11
Tanque remojo
MARCA
PAIS PROCEDENCI A Inglaterra
AÑO DE FABRICACIO N 1998
AÑO DE ADQUISICIO N 2011
Guadalajara
2005
2011
Mod 89
EEUU Mexico
1989 2006
2011 2011
Onrom Pecomark
Twenga DFE-EH3
Inglaterra EEUU
2001 1998
2011 2011
Spartan
Analissete
EEUU
2000
2011
Nervada
Tolvin
Canada
2004
2011
Arkoo
p-201
Japon
2007
Protton
Bravisla
Alemania
2006
Centr
MODELO fil 900
12 13
Caldero
14
Bomba de agua
15
Equipo lavado
PRECIO CIF
DEPRECIACIO N
3
253,33
200
10
20
16500 250
20 10
825 25
90 2620
10 12
9 218,33
2000
7
285,71
5590
15
372,67
60000
2
30000
60000
7
8571,43
5
15000
760
2011
de
Tanque de agitación y calentamiento Congeladora
VIDA UTIL
FOB
2011 2011 Bosh
Estambi
Argentina
2005
MENOTTI CIRO
20017 RHO
Italia
2006
2011
20000
Vulcano
Piro tubular
Argentina
2004
2011
50000
BDK
Zurco
Francia
2008
2011
Bradermet
Selecta
Venezuela
2005
de
75000
10
2000
5
10000
2000
10
200
2000
4
500
2011
65
16
Bomba al vacio
Citrol
Fe-1500
EEUU
2006
2011
1000
4
250
17
filtro de tela
Trovit
GBP 1160
Chile
2000
2011
800
10
80
18
Equipo de pesado
atlas cop
GA15
Francia
2004
2011
7800
30
260
66
Obtención de pectina a partir de Cascara de fruta 5.7 Costos de equipos y maquinaria Tabla 21 Maquinarias y equipos por proceso Proceso
Costo unitario $us
Cantidad
Total
cinta de selección
760
1
760
balsa de lavado
200
1
200
picadora de alimentos
60000
1
60000
elevador de balsa
16500
2
33000
Blancher de 150 L
60000
1
60000
tanque de agua
60000
1
60000
caldera
50000
1
50000
tanque de hidrólisis ácida tanque de precipitación
75000
1
75000
75000
1
75000
tanque de alcohol
60000
1
60000
Selladora al vacio
200
1
200
filtro mono placa
800
1
800
centrifugadora
20000
1
20000
termo tanque
75000
1
75000
bomba
1000
2
2000
filtro prensa
800
1
800
secador de bandejas
5000
1
5000
molino de muelas
5000
1
5000
Balanza de precisión
7800
1
7800
Total
590560
5.8 Costos de fabricación por lote según ítem de costo Tabla 22 Costos de fabricación por lote según ítem costo en $us Ítem de costo
Unidad
Costo unitario
1. materia prima, materiales, insumos cascara Kg. 0.12 alcohol L. 9 ácido cítrico Kg. 250 hexametafosfato Kg. 250 de sodio agua L. 2.25 demineralizada 2. mano de obra Operarios H-H técnico H-H
Cantidad
Total
80
1
8.24 0.0883
11
0.204
7
145
47
3,00 3,00
79 79
600
129
5 1
1 3 21
3,30 3,30
3. Gastos generales de fabricación EE KW-H 1.5 Agua m3 1.5 Gas licuado Garrafa 23.5 Combustible L. 3.7 TOTAL
3
40
381
5.9 Costos anuales de Fabricación al 100% de la panta (Bs) Descripción 1.
Materia
prima,
Unidad
Costo unitario
Cantidad
Total
Tipo de costo
materiales,
insumos cascara alcohol ácido cítrico hexametafosfato de sodio agua demineralizada
Kg. L. Kg. Kg. L.
0.12 9
2. mano de obra Operarios Técnico
H-H H-H
250 2.25
20006 2061 22 51 36261
2401 18546 5520 12754 81587
CV CV CV CV CV
3,30 3,30
3,00 3,00
19800 19800
CV CF
1.5
150045 1250 250
225068 1876 5875
CV CV CV
250
3. Gastos generales de fabricación EE Agua Gas licuado
KW-H m3 Garraf
1.5 23.5 68
a L.
Combustible TOTAL
3.7
10003
37011 430238
CV
5.10 Costos anuales de fabricación
Descripción
2011
2012
2013
2014
2015
1. materia prima, materiales, insumos cascara
792
792
1609
1993
2401
alcohol
6120
6120.18
12426
1539
18546
ácido cítrico
1822
1821.6
3698
4587
5520
hexametafosfato de sodio
4209
4208.82
8545
10586
12754
agua demineralizada
26924
26923.71
54663
67717
81587
2. mano de obra Operarios
6534
6534
13266
16434
19800
Técnico
6534
6534
13266
16434
19800
3. Gastos generales de fabricación EE
74272
74272
150796
186806
225068
Agua
619.08
619.08
1256.92
1557
1876
Gas licuado
1938.75
1938.75
3936.25
4876.25
5875
Combustible
12213.63
12213.63
24797.37
30719
37011
TOTAL
141978.54
141978.54
288259.46
357096
430238
CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 Conclusiones ✔ Es viable técnicamente la creación de una planta procesadora de cáscara de maracuyá en la ciudad por tener al alcance la materia prima que no es utiliza para ningún otro proceso, y sólo considerada desperdicio.
69
✔ Los ensayos en planta piloto son necesarios para afinar parámetros necesarios para la instalación de equipos industriales, como: –
Relación cantidad de cáscara/ volumen de solvente: Para calcular el tamaño más adecuado de los tanques de tratamiento de la materia prima.
–
Tiempo de calentamiento: Para calcular el consumo de vapor y lograr una mayor eficiencia en su uso.
–
Número de extracciones: Para determinar cuántas extracciones son necesarias para obtener el máximo rendimiento y así optimizar el tiempo del proceso.
–
Velocidad de agitación: Para determinar el consumo de energía y decidir el tipo de agitador necesario para el proceso.
–
Tamaño de los pedazos de albedo: Para determinar si se justifica reducir el tamaño, o si se obtiene un buen rendimiento al cortarlo en pedazos más pequeños
✔ Es positivo en el aspecto ambiental, logrando una concientización de las empresas procesadoras de frutas de la necesidad de separación de los desechos y el aprovechamiento de estos.
✔
En el ámbito económico, la utilidad de industrializar subproductos dcomo es la cascará aportará a la disminución de importaciones en cuanto a este tipo de aditivo generando una mejora de la balanza comercial y a nivel social se contribuiría a la generación de empleo.
6.2 Recomendaciones ✔ Se debe analizar las condiciones que favorezcan el correcto almacenamiento de las cáscaras ya que de lo contrario se puede provocar reacciones enzimáticas y cambios en la estructura de las moléculas con lo que disminuye el contenido de pectina de las cáscaras. ✔ Los equipos utilizados deben ser construidos de materiales que no reaccionen con los reactivos empleados en el proceso, deben ser de acero metálico y los materiales de vidrio perfectamente bien lavados para que no suceda ninguna reacción.
✔ El agua que se utilice en el proceso de obtención de la pectina no debe contener metales pesados, su contenido de calcio y magnesio debe ser muy bajo.
70
✔ Para inhibir la acción enzimática que disminuye el contenido de pectina de las cáscaras de maracuyá se recomienda secarlas inmediatamente a 60°C durante unos 60 minutos.
✔ La cantidad de alcohol empleada no debe exceder de la proporción indicada, pues un exceso de alcohol disminuye el rendimiento de pectina y su poder de gelificación
✔ Los residuos del ácido clorhídrico empleado en el proceso de extracción deben ser eliminados completamente, para lo cual se recomienda efectuar tantos lavados como sean necesarios. ✔ Es recomendable usar el extracto de pectina recién elaborado por que el grado de gelificación se va deteriorando en la pectina almacenada por mucho tiempo ✔ Se recomienda un análisis completo de la pectina de maracuyá obtenida para cumplir con especificaciones y/o normas internacionales
CAPÍTULO 7 ANEXOS 7.1 ANEXO 1 7.1.1 Pectina 7.1.1.1 Generalidades de la Pectina Las pectinas o sustancias pécticas son polisacáridos que se componen principalmente de ácidos poligalacturónicos coloides, se hallan en los tejidos de las plantas. [1] El nombre de pectina, es originado del término griego (coagulado, duro) fue empleado para denominar a estas sustancias por Braconnot en 1825, en reconocimiento a su capacidad de formar geles. En realidad se trata de sustancias estrechamente relacionadas. Estas llenan los espacios intercelulares en los tejidos vegetales. En los tejidos jóvenes especialmente en los frutos, las pectinas se encuentran en cantidades abundantes formando canales anchos, apartando entre sí a las células. [2] 7.1.1.2 Estructura de la Pectina Las sustancias pécticas son polímeros lineales del ácido galacturónico, que tienen una parte más o menos amplia de grupos carboxilos esterificados por radicales metilo. La base de su estructura química la constituye el ácido D-galacturónico, cuyos grupos carboxilos están esterificados por radicales metilos en diferente proporción, lo que le da 71
un grado de metilación del cual dependerá su capacidad de producir geles en condiciones normales con azúcar y ácido. [3] Estudios de Voragen y Pilnik se han orientado hacia la aclaración de la estructura de la pectina en relación a los cambios que pueda sufrir al ser extraída de los frutos, sobre todo de los cítricos para la producción comercial, pues se sabe que los diferentes métodos de extracción hacen variar las propiedades y características de las pectinas, sobre todo su capacidad de producir geles, que es la característica más importante.
Ilustración 7: Estructura de la pectina
7.1.1.3 Propiedades Físicas
[1] Braverman J.B.S. (1967), introducción a la bioquímica de los alimentos [2] Kertesz Z.I.(1951), the pectic substances [3] Lawrence (1976), Pectina
La pectina es la más conocida de las sustancias pécticas. Es un material de peso molecular elevado; se dispersa en el agua para formar una solución coloidal viscosa reversible, es decir que pueda ser disuelta en agua, precipitada, secada y redisuelta, sin perder sus propiedades físicas. [4] La pectina seca se disuelve en agua; la solución se efectúa más rápidamente por medio del calor y por adición de azúcar. El alcohol y varias sales precipitan las pectinas, se obtendrá una solución clara por transición de luz y obscura si la luz es reflejada. 7.1.1.4 Propiedades Químicas El principal componente de la pectina es el ácido galacturónico parcialmente metilado. Algunos azúcares neutrales se encuentran también presentes en la molécula. El porcentaje de unidades de ácido galacturónico que están esterificados con etanol dan el grado de esterificación, lo cual influye en las propiedades gelificantes de la pectina. Si se usa amoniaco durante la desestirificación de las pectinas de alto metoxilo serán convertidos en grupos amidas. [5] 7.1.1.5 Localización Las pectinas se encuentran en las plantas esencialmente bajo cuatro formas distintas según su solubilidad y composición. [6]
72
7.1.1.5.1 Pectina Disuelta en los Jugos Vegetales Está acumulada en los jugos de las bayas especialmente y es de gran tendencia a la formación de geles. [7] 7.1.1.5.2 Pectina Fácilmente Soluble en Agua Caliente Se obtiene de la carne de los frutos que han sido privados de su jugo, o de otras partes de las plantas prensadas o hervidas con alcohol, por una corta ebullición en agua o por un calentamiento de mayor duración con agua a 80 – 90 °C y precipitados de estos extractos por medio de alcohol. [4] [5] [6] [7]
Braverman J.B.S. (1967), propiedades de la pectina Amos A. J. (1969), manual de industrias de los alimentos/Pectina Avila J. (1979), Diccionario de los Alimentos Kertsz Z.I (1951), Passion substnaces
Su composición es variable, parcialmente descompuesta por fermentación y con gran tendencia a la formación de geles. Una vez aislada es reversiblemente soluble en agua fría.
[8]
7.1.1.5.3 Pectina Genuina Estable de las Laminillas Centrales Se encuentra bajo una forma completamente insoluble en agua fría, sustancia fundamental que constituye el esqueleto de los frutos carnosos y de las raíces, así como de las partes verdes de las hojas y los tallos. Consiste probablemente del carbón con sales de ácido pectínico. Se disuelve lentamente por ebullición con agua durante largo tiempo y más rápidamente bajo presión, y en este caso resulta por desdoblamiento hidrólico una forma química modificada, la hidrapectina. Una vez conseguido el extracto se puede precipitar en su mayor parte con alcohol. 7.1.1.5.4 Combinaciones Intercelulares de Pectina y Lignina Se trata aquí de formas de transición de la pectina a la lignina, que se encuentra en la parte leñosa de los tallos. [9] 7.1.1.6 Características 7.1.1.6.1 Precipitación Las pectinas, después de haber sido sometidos a una ebullición prolongada en agua pura o ligeramente acidulada, es fácilmente precipitada por adición de alcohol o acetona, que actúan como agentes deshidratantes, en forma de una suspensión gelatinosa, que volverá a ser soluble en agua. [10] 7.1.1.6.2 Solubilidad Una vez lograda la precipitación de la pectina, ésta puede ser secada y convertida en polvo siendo el tamaño de la partícula un factor importante. 73
La solubilidad de la pectina será rápida cuando muestre un alto grado de dispersión, de lo contrario al adicionarle agua tenderá a formar grumos viscosos por fuera y secos por dentro, por esta razón es recomendable que la pectina se mezcle siempre antes con un poco de azúcar (5 – 8 veces su peso), sales amortiguadoras, o también humedecer con etanol antes de añadir agua. [4] [8] Loesecke H.W.(1949), Outlines of food Technology [9] Ehrlich por la acción enzimática y procesos químicos, la pectina se convierte en lignina [10] Hurtado P.F.(1968), Propiedades químicas de la pectina
Al adicionarles pequeñas cantidades de iones metálicos como aluminio, cobre, níquel, hierro, etc. Se logrará un aumento en la dispersión. La dispersibilidad de las partículas está en función del revestimiento con una capa delgada de iones tales como: aluminio, níquel, cromo y cobre. 7.1.1.6.3 Degradación Según Cheftel, las pectinas una vez liberadas de sus enlaces con la celulosa pueden degradarse según dos procesos diferentes: Despolimerización El calentamiento en medio ácido o la acción de hidrolasas (pectinasas, pectinohidrolasas, etc.) originan escisiones de las cadenas en trozos más cortos. La acción de estas enzimas se llevan a cabo a un pH óptimo de 4.0 a menos que sea la polimetilgalacturonasa, en la despolimerización sólo se produce la ruptura de los restos de ácido galacturónico no metilados. Desmetilización Durante el madurado de las frutas ocurren variaciones en la metilación, es decir con la maduración disminuye el grado de metilación. La acción de alcoholes aún en frío, o de las pectinometilesterasas tiene como efecto desmetilar la pectina que se transforma en Ác.Péctico, insoluble en agua, el calentamiento en medio ácido también puede efectuarse la desmetilación pero al mismo tiempo fragmenta la cadena poligalacturónica. 7.1.1.6.4 Coagulación Según Doesburg el fenómeno de coagulación de las pectinas depende de los siguientes factores: ➢ Constituyentes del compuesto orgánico añadido. ➢ Presencia, distribución y números de grupos disociados o disueltos y sus características. 74
➢ El número de ramificaciones y no ramificaciones de los polímeros. ➢ Concentración de los polímeros. ➢ El grado de polimerización de los polímeros. ➢ Valencia de los electrolitos. ➢ Presencia de grupos terminales que son encubridores de los grupos funcionales, que después con los grupos disociados influyen en los cambios con los polímeros. 7.1.1.6.5 Grado de Metilación Como parte de la estructura de la pectina se encuentran los grupos carboxilos, los cuales son esterificados por radicales metilo, a éstos se los conoce como metilación de una pectina. La importancia de la metilación radica con la propiedad más importante de la pectina que es la capacidad de formar geles.[4] 7.1.1.7 Usos y Aplicaciones de la Pectina Empleo de la pectina en alimentos La pectina es utilizada en la preparación de geles, mermeladas, jaleas, como estabilizantes, etc. Empleo de pectinas para fines medicinales La pectina puede ser utilizada como emulgente para la preparación de ungüentos, polvos, tabletas y otros medicamentos.
75
7.2 ANEXO 2
7.2 .1 flujo grama de proceso
76
7.3 ANEXO 3 7.3.1 Cálculo del Balance de masa Cascara pesada
Materia prima que entra, o sea cascara de maracuyá es por lote de 80 kg. Cascara seleccionada
La cinta de selección generalmente tiene una eficiencia del 60%, o sea que de 100g, 60 gr de cascara de maracuyá se separarán y 40 g serán desechados, en este caso: cascara seleccionada=80×0.6 cascara seleccionada=48 Kg La cascará de maracuyá mantendrá los 48 Kg en los flujos: – Cascara lavada
–
Cascara picada
–
Cascara tratada
Cálculos previos para encontrar los siguientes flujos. – Capacidad del blancher es de 150 l A temperatura ambiente de 20ºC ρH20=998.2 kgm3 Por lo tanto: mH2O=0.15 m3×998.2kg m3 mH2O=149.7 Kg Entonces: mH2O que entra=149.7 Kg-48 Kg mH2O que entra=102 Kg V3=102 Kg998.2 kgm3 Vb=102.2 m3 de gua qie entra al blancher Encontrando el volumen de la solución en el blancher ρ19 ×V19+ ρ21 ×V21= ρb×Vb Datos: ρ19=951 kgm3 a T=110ºC ρ21=997.45 kgm3 a T=23ºC ρ3=980.5 kgm3 a T=65ºC ρ19 ×V19+ ρ21 ×V21= ρb×Vb Ecuación 1: 997.45×V19+ 951×V21=980.5×102.21000 Ecuación 2: V19+ V21= 0.102 Resolviendo ec1 y ec2 simultáneamente se tiene: 77
V19=0.03728 m3 V21=0.0649 m3 - Análisis del tanque de hidrólisis
m19=951×0.03728=35.45 Kg m21=997.45×.0.0649=64.745 Kg
Vb=102.2 m3 de gua qie entra al blancher Encontrando el volumen de la solución en tanque de hidrólisis ρ19 ×V19+ ρ21 ×V21= ρ3×V3 Datos: ρ19=951 kgm3 a T=110ºC ρ21=997.45 kgm3 a T=23ºC ρ3=998.1 kgm3 a T=50ºC ρ29 ×V29+ ρ28 ×V28= ρa×Va Ecuación 1: 997.45×V29+ 951×V28=998.1×102.21000 Ecuación 2: V19+ V21= 0.102 Resolviendo ec1 y ec2 simultáneamente se tiene: V29=0.0215 m3 V28=0.0806 m3 –
m29=951×0.0215=20.487 Kg m28=997.45×.0.0806=80.435 Kg
Masa del ácido cítrico y hexametafosfato de sodio en el tanque de hidrólisis.
0.0045 mol ácido cítricoL×1000 l1m3×192 g ácido cítrico1 mol ácido cítrico×0.1022 m3=88.3 g ácido cítrico. 2 g100 ghexametafosfato de sodio ×1000 g h1 kg h×1021=0.204 hexametafosfato de sodio Cascara y sol. Ácida
En el tanque de hidrólisis: Cascara 48 Kg Agua 80.435 Kg Ácido cítrico 0.0883 kg Hexametafosfato de sodio 0.402 Kg Sol. Ácida y
Sol. Ácida
Ácido cítrico 0.0883 kg Hexametafosfato de sodio 0.402 Kg Solución clarificada y Solución fría
En la hidrólisis ácida se forma: El rendimiento de la cáscara de maracuyá en propectina es del 8.54% En la propectina se encuentran: Ceniza > 1.4% Acidez libre > 1.7% 78
Calcio = 0.15% Magnesio =0.08% Sodio = 0.04% Por lo tanto se obtiene: Propectina : 48×8.54%=6.829 kg Ceniza 6.829×1.4%=0.08778 kg Acidez libre 6.829×1.7%=0.010659 kg Calcio 6.829×0.15%=0.009405 kg Magnesio 6.8298×0.08%=0.00506 kg Sodio 6.8298×0.04%=0.0004 kg Solución precipitada
Por cada 20 mg/ml de propectina se coloca 1.5 ml de solución ácida, por lo tanto se tendrá: Vsol=6.829×1.50.00002 Vsol=0.512 m3 Entonces se obtendrá: Ácido cítrico 0.001296 kg Hexametafosfato de sodio 0.03 Kg –
Por cada 22 g propectina100 g cáscara de maracuya obtenemos 20.2 g propectina100 g cáscara de maracuya Pectina = 6.27 kg Pectina húmeda –
mtotal=80.435+20.4869 pectina seca y
mtotal=100.92 Kg. de agua pectina seca
Calcio 6.27×0.1%=0.00627 kg Magnesio 6.27×0.05%=0.00314 kg Sodio 6.27×0.02%=0.00125 kg Agua para lavado se coloca 99.82 Kg
Descarte sale de agua
Agua = 80 – 48 = 32 Kg Agua de descarte,
agua de descarte y
agua tratada
79
mH2O= 64.745 Kg Vapor de agua
y
vapor de agua condensada
mH2O= 35.454 Kg Sedimento
Calcio 0.009405- 0.00627=0.0031 kg Magnesio 0.0059016- 0.00314=0.00188 kg Sodio 0.0004-0.00125=0.000854 kg Alcohol,
Alcohol destilado
Alcohol a 95 GL, relación de entrada 1/0.96 de volumen. Entra solución ácido = 102.33 Kg sol. Entra alcohol = 98.234 Kg alcohol. Sol. Ácida y alcohol
Ácido cítrico 0.001296 kg Hexametafosfato de sodio 0.03 Kg Alcohol = 98.234 Kg alcohol. Sol. Ácida y
Ácido cítrico y (NAPO3)6
Ácido cítrico 0.001296 kg Hexametafosfato de sodio 0.03 Kg Vapor de agua condensada
mH2O =20.4869 Kg Agua tratada
mH2O =80.435 Kg
7.4 ANEXO 4 80
7.4.1. Cálculo del Balance de energía Cascara pesada ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Cascara seleccionada ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Cascara lavada ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Cascara picada ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Cascara tratada ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Cascara y sol. Ácida ∆H=m*cp*∆T ∆H=128.73*0.3815*50-20ºC ∆H=1473.31 Kcal/lote Sol. Ácida y Sol. Ácida ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Solución clarificada ∆H=m*cp*∆T ∆H=87.766*0.42*4-50ºC ∆H=-1695.64 kcal/lote Solución fría ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Solución precipitada ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC 81
∆H=0 Pectina húmeda ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Pectina seca
∆H=m*cp*∆T ∆H=7.0393*0.41*45-4ºC ∆H=118.33 kcal/lote pectina seca
∆H=m*cp*∆T ∆H=7.0393*0.41*20-45ºC ∆H=-72.153 kcal/lote Agua para lavado se coloca 99.82 Kg
Tabla A.5. De Ocon Tojo agua líquida ∆H=585.5*99.82 kcal/lote ∆H=58444.61 kcal/lote Descarte sale de agua
∆H20ºC=585.5 kcal/kg
∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Agua de descarte Tabla A.5. De Ocon Tojo agua líquida ∆H=585.5*99.82 kcal/lote ∆H=58444.61 kcal/lote agua de descarte
∆H20ºC=585.5 kcal/lote
Tabla A.6. De Ocon Tojo vapor de agua ∆H=625.2*64.745 ∆H=40478.574 Kcal/lote
∆H65ºC=625.2 kcal/lote
Vapor de agua Tabla A.6. De Ocon Tojo vapor de agua ∆H=625.2*35.454 ∆H=22779.195 Kcal/lote vapor de agua condensada Tabla A.6. De Ocon Tojo vapor de agua ∆H=625.2*35.454 ∆H=22779.195 Kcal/lote 82
∆H110ºC=642.5 kcal/lote
∆H110ºC=642.5 kcal/lote
agua tratada Tabla A.6. De Ocon Tojo vapor de agua ∆H=22.469*64.745 ∆H=1454.76 Kcal/lote Sedimento
∆H23ºC=22.469 kcal/lote
∆H22=∆H8-∆H9 ∆H22=0-(-1695.64) ∆H22=1695.64 kcal/lote Alcohol ∆H23=98.234*0.61*(20-38) ∆H23=-1078.609kcallote Sol. Ácida y alcohol ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Alcohol destilado ∆H25=98.234*0.7612*78-4 ∆H25=5533.4 kcal/lote Sol. Ácida ∆H26=0.0313*0.38*78-4 ∆H26=0.88kcallote Ácido cítrico y (NAPO3)6 ∆H=m*cp*∆T ∆H=m*cp*20-20ºC ∆H=0 Vapor de agua condensada Tabla A.6. De Ocon Tojo vapor de agua
∆H110ºC=642.5 kcal/lote
∆H=625.2*35.454 ∆H=22779.195 Kcal/lote Agua tratada Tabla A.6. De Ocon Tojo vapor de agua ∆H=22.469*80.435 ∆H=1807.294 Kcal/lote
7.5 ANEXO 5 7.5.1. Diseño de equipos 83
∆H23ºC=22.469 kcal/lote
7.5.1.1 Centrífuga La planta tendrá 1 separador centrífugo. Estará después del filtro mono placa, que tendrá como objetivo una clarificación o eliminación de las pequeñas partículas que puedan arrastrar al entrar al termo tanque.
Ilustración 8: Separador Centrífugo automático
7.5.1.2 Calculo de las bombas Potencia de hidráulica de las bombas Bomba E-14 P=98.2343600 kgs×3.35m*9.8(m/s2) P=0.896 (W) Bomba E-9 84
P=80.4353600 kgs×1.18m*9.8(m/s2) P=0.258 (W) Potencia absorbida de las bombas Bomba E-14 Phidráulica×1.7=Pabsorvida Pabsorvida=0.896*1.7 Pabsorvida=1.5232 (W) Bomba E-9 Phidráulica×1.7=Pabsorvida Pabsorvida=0.258*1.7 Pabsorvida=0.4386 (W) NPSH de la bomba NPSH=1.01325 ×105 Nm2- 4.15 ×103(Nm2)1665 kgm3×9.8 ms2- 1.8 (m) NPSH=4.89 (m)
7.5.1.3 Diseño y cálculo del secador Datos: Ls=107.19 (kg/lote) X1= 0.0046
T1= 4ºC
ø = 90%
X2 = 0.012
T2= 45ºC
ø= 20%
Aire Entrada Salida
T1= 80ºC T2= 25ºC
X1= 0.0025 X2 = 0.0098
ø = 1% ø = 50%
GH2+ LsX1=GH1+LsX2 G(0.0025)+ 107.19(0.0046)=GH1+107.19(0.012) H^G2=csTG2-T0+ H2*γ0 H^G2=1.005+1.880.0025(80-0)+0.0025(2501) 85
EC.1.
H^G2=90.4125 kcal/kg H^G1=csTG1-T0+ H1*γ0 H^G1=1.005+1.88H1(25-0)+H1(2501) H^G1=25.125+2548 H1(2 kcal/kg H^S1=csTS1-T0+ X*cp*TS1-T0 H^s1=0.405*(4-0)+0.004680.41(4-0) H^s1=1.6275 Kcal/kg H^S2=csTS2-T0+ X*cp*TS2-T0 H^s2=0.405*(45-0)+0.0120.41(45-0) H^s1=63.4462 Kcal/kg Q=0 suponemos sin pérdida de calor G90.4125+ 107.191.6275=G25.125+2548H1+107.1963.4462+0
EC.2.
Resolviendo las ec.1 y la ec.2 simultáneamente obtenemos: G = 140.233 kg/lote H1=0.0092
7.5.1.4 diseño del equipo de destilación Datos: L = 98.2353 kg/lote D= 98.234 (kg/lote) W= 0.0313 (kg/lote)
XF= 0.9 XD=0.95 XW=0.95
H1=0.95553340-0.7612×78-4+1-0.950.88+0.38×78-4 H1=525620.94 hD=0.95×0.38×78-4+1-0.95×0.7612×78-4 hD=29.53044 Suponer la relación de reflujo R=1.5 R=LD=1.5 L=1.5×98.234=147.351 kg/lote V1=L+D V1=147.351+98.234 V1=245.585kglote yn+1= 147.351245.585xn+98.234245.585 yn+1= 0.6xn+0.4 Teniendo que xn=0.5 yn+1=0.7 86
7.5.1.4.1 Carga térmica del condensador qc=245.585*525620.44- 147.351*29.53044- 98.234*29.53 qc=129077366.3 (kcal/lote) 7.5.1.4.2 Carga térmica del hervidor hf=0.9*0.38*4-78+1-0.9*0.7612*4-78 hf=-25.308-5.63288 hf=-30.941 qR=98.234*29.53044+0.0313*4350*10004185+129077366.3-98.2353*-30.941 qR=129.083*106 (kcal/lote) 5.1.5 Diseño de los tanques para la instalación Diametro del tanque de alcohol Datos: ρalcohol=0.789 kgm3 Vl= ρ(kgm3)×Q(kg/h) ×t(h) Vl= 10.789(kgm3)×98.234(kg/h) ×8(h) V=996 (m3) area=296 m2 D=996 (m3)296 m2 D=3.35 (m) Diametro del tanque de agua ρagua=997.45 kgm3 Vl= ρ(kgm3)×Q(kg/h) ×t(h) Vl= 1997.45(kgm3)×80.435(kg/h) ×8(h) V=0.645 (m3) area=0.5466 m2 D=0.645 (m3)0.5466 m2 D=1.18 (m) Altura del cilindro del tanque de alcohol Vcilindro= π×D22×h 12.1= π×3.3522×h h=1.37 (m) Altura del cilindro del tanque de agua tratada Vcilindro= π×D22×h 6.34= π×1.1822×h h=5.76 (m)
87
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