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ELABORACION DE LA MERMELADA DE PERA

PRESENTADO A ING. SANTIAGO SALAZAR

PRESENTADO POR BALLESTEROS MORENO ANDREE CONCHA RAMIREZ JHOAN ALEXIS JIMENEZ HIDALGO HECTOR IVAN MONCADA DOMINGUEZ HECTOR ALEJANDRO OSORIO AGREDA MARIA CLARA OSORIO CASTILLO JUAN CARLOS PRADO DUCUARA JHON EDINSON RODRIGUEZ PALOMINO DIANA MARCELA GARCIA ISABELLA RODRIGUEZ SANCHEZ MOLINA DANY JOHANY VALENZUELA RENJIFO MAYRA ALEJANDRA

ELEMENTOS DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

UNIVERSIDAD DEL VALLE SEDE TULUA TULUA-VALLE VALLE DELCAUCA 23 DE JUNIO DE 2016

INTRODUCCION

Los balances de materia y energía son un método matemático utilizado habitualmente por la industria. Se basa en la ley de la conservación de la materia (la materia no se crea ni se destruye, se transforma) se establece que la masa de un sistema cerrado que siempre es constante “E = S + A dónde: lo que entra es igual a lo que sale más las acumulaciones”. El presente informe tiene como objetivo analizar y demostrar la aplicación de un balance de materia y energía en la elaboración de una mermelada en este caso de pera. Para el cual nos basaremos en la teoría dictada en las clases de elementos de procesos en la industria alimentaria identificando cada uno de los flujos másicos y comprobando en cada paso del proceso que la cantidad de masa sea la misma o acorde a los datos calculados teóricamente.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

 Demostrar mediante la producción de una mermelada de pera, los usos y aplicaciones de los balances de materia y energía. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Diseñar los diagramas de flujo másico y energético a usar en la elaboración de una mermelada de pera.  Determinar teóricamente los flujos másicos que veremos en cada uno de los distintos procesos unitarios.

 Producir una mermelada de pera empleando las BPM.  Determinar los balances de materia y energía a partir de los datos obtenidos experimentalmente.

 Comparar los valores obtenidos por los balances de materia teóricos y experimentales.

METODOLOGÍA La metodología empleada en este trabajo se basó en la práctica para luego realizar un análisis de los datos obtenidos.

MATERIALES Y EQUIPOS

Materiales de la mermelada de pera        

Tablas de picar Cucharas Cuchillos baldes de plásticos Mesa de trabajo coladores licuadora olla

  

marmita balanza determinadora de humedad refractómetro

EVIDENCIA FOTOGRAFICA

TOMA DE DATOS Y REALIZCION DE CALCULOS

VERIFICACION DE LOS °BRIX

OPERACIÓN DE COCCIÓN

TOMA DE MUESTRA PARA ANALISIS SENSORIAL

RESULTADOS

BALANCES DE MATERIA  BALANCE DESTALLADO

PERA DESTALLADA (Pd)

PERA ENTERA (PE) 4, 82 Kg

4, 78 Kg

DESTALLADO

2

1 RESIDUOS 3

BALANCE GLOBAL:

1

=

2

+ 3

4,82 Kg = 4,78 Kg + 3

= 4,82 – 4,78

3

= 0,04 Kg

3

 BALANCE DE LAVADO (HIPOCLORITO)

AGUA = 15 Kg = 15L X

1000 ml

= 15000 ml x 1%

1L

= 150 ml

 BALANCE DE LAVADO Y DESINFECCION 1% HIPOCLORITO 0, 15 kg

15 Kg AGUA 2

3

PERA DESTALLADA (Pd) 1

LAVADO Y DESINFECCION POR INMERSION

4,78 Kg

5

BALANCE GLOBAL:

1

AGUA SOLIDOS INSOLUBLES

+ 2

4,78 kg + 15kg + 0,15Kg =

BALANCE DE SOLIDOS 4,78 Kg

4 5

+

5

4

1

4

+ 3 +

= 4

5

+ 5

4,78kg 5

4

=

5

=

4

+

5

19,93Kg -

= 4,78 kg -

19,93Kg - 4,78Kg = (1-1) 5

5

= 15,15 Kg

PESO DESPUES DEL LAVADO 19,93Kg - 15,15kg =

4

= 4,78 Kg

4

BALANCE DE ESCALDADO 5

H2O (v) PERA ESCALDADA (Pesc) PERA LAVADA (Plav)

4, 78 Kg

3

ESCALDADO

4, 78 Kg 1

9, 58 Kg (H2O)

2

10 Kg AGUA

BALANCE GLOBAL

+

1

2

4,78Kg + 10Kg = 4,78Kg + 9,58Kg + 14,28kg - 14, 36kg = 5

= 0,42 Kg

5

=

3

5

+

4

+

5

4

 ADECUACION DE LA PERA

PERA ESCALDADA (Pesc)

4, 78 Kg

ADECUACION DE LA FRUTA

1

Residuos 0, 98 Kg 3

BALANCE GLOBAL

4,78kg =

2

1

+ 0, 98kg

2

= 4, 78kg - 0,98kg

2

= 3,8 Kg

=

2

+

3

2

 BALANCE DESPULPADO

3, 8 Kg

1

1, 89 Kg AGUA

2

BALANCE GLOBAL 3,8kg + 1,89Kg =

1 3

3

DESPULPADO

+

2

=

BAGAZO 0, 6 Kg

4

+

3

4

+ 0,6kg

3

= 5,69kg - 0, 6 Kg

3

= 5, 09 Kg

 BALANCE DE COCCION VAPOR H2O

PEPTINA = 0,023 Kg 4

5

PULPA 5,09 Kg

Cocción

MERMELADA = 5,34 Kg 6

1

2

AZUCAR 4,66 Kg

3

ACIDO CITRICO 0,0046 Kg

 BALANCE GLOBAL PARA HALLAR VAPOR DE AGUA Pulpa + azúcar + Ácido cítrico + Peptina = Vapor de agua + Mermelada teórica +

2

+

3

+

4

=

5

+

6

5, 09 Kg + 4, 66 Kg + 0, 0046 Kg + 0, 023 Kg = 1

5

5

+ 5, 34 Kg

= 4, 44 Kg

 BALANCE °BRIX PARA HALLAR CANTIDAD DE MERMELADA TEORICA Pulpa (°Brixpulpa) + azúcar (°Brixazúcar) + ácido cítrico (°Brixacido) + peptina (°Brixpeptina)= MT (°Brix) 5,09kg (0, 1095) + 4,66kg (1) + 0, 0046kg (1) + 0, 023(0) = M (0,635) MT =

5,09kg (0, 1095) + 4,66kg + 0,0046Kg 0,635

MT = 8,22 Kg

% DIFERENCIA =

8,22kg− 5,34kg 8,22kg

X 100 = 35,04%

 RENDIMIENTO DEL PROCESO Rendimiento del proceso=

𝑝𝑒𝑟𝑎 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑎 sin 𝑐𝑎𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎 𝑦 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎

Materia prima= 4,82Kg Pulpa= 5,09Kg Rendimiento de la pera lavada respecto a la materia prima

3,78𝐾𝑔 ∗ 100 = 78,4% 4,82𝐾𝑔

∗ 100

BALANCES DE ENERGIA 

Q escaldado



Q teórico escaldado

PERA 4, 78 Kg

AGUA 10 Kg

TI = 27 °C TF = 60 °C

Q 4,18 𝐾𝐽

CpH2O = 𝐾𝑔 °𝐶 Cppera = =

1,675 + 0,025(%H2O pera) {ref.: libro elementos de procesos - pág. 180}

1,675 + 0,025(85,16) =

3,8 𝐾𝐽 𝐾𝑔 °𝐶

Q Sesc = QsH2O + Q spera Q Sesc = MH2O * CpH2O * ΔTH2O + Mpera * Cppera * ΔTpera

10Kg *

4,18 KJ Kg °C

* 33 °C + 4, 78 kg *

3,8 KJ Kg °C

Q esc = 1379,4 kg +599,4kg = 1978,8kg

* 33 °C



Q real escaldado

Consumo de gas en el escaldado: Gas inicial= 76,94 kg Gas final = 76,70 Kg

76,94-76,70 = 0,24Kg

Poder calorífico (PC) del propano comercial =

11900 𝐾𝑐𝑎𝑙

Pcsup =

𝐾𝑔

10800 𝐾𝑐𝑎𝑙

Pcinf =

𝐾𝑔

Se realiza un promedio con el poder calorífico inferior y superior PC=

11900+ 10800 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔 2

PC = PC=



11350 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝐾𝑔

∗

=

11350 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝐾𝑔

4,18 𝐾𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐾𝑐𝑎𝑙

47443 𝐾𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐾𝑔

Q real escaldado = 0, 24kg *

47443 KJoule Kg

= 11386,3 KJoule



Diferencia entre el Q teórico escaldado y Q real escaldado D= QR - QT D= 11386,3KJ – 1978,8 KJ D= 9407,5 KJ %D=

D∗102 QT

=

9407,5 KJ∗102 1978,8 KJ

= 475%

AZUCAR 4,66 Kg

PULPA 5,09 Kg

ACIDO CITRICO 0,0046 Kg

PEPTINA 0,023 Kg

AGUA (V) 4,44 Kg

Cocción

MERMELADA = M T = 27 ºC TEB = 102 ° C

AGUA (V) 4,44 Kg

MTOTAL = 9,78 Kg

Cocción

T = 27 ºC

TEB = 102 º C

Q total cocción = Q sensible 27 °C = M total * Cp total λH2O Evaporada

M = 5,34 Kg

102 °C + Q λ H2O Evaporada

T + MH2OEvaporada + λH2O 102º C Se lee en las tablas de vapor

INTERPOLACION PARA HALLAR λ A LA TEMPERATURA DE 102°𝐂

T

λ

T1 = 100

λ1

T= 102

λ

T2 = 102, 2

λ2

T1 - T2

T1 - T

λ1 - λ2

λ1 - λ

100°C – 120, 2°C 2256, 9 – 2201.6

100°C – 102°C (2256, 9 - λ)

- 0.365 (2256, 9 - λ) = - 2 - 823, 7685 + 0,365 λ = -2

λ

-2 + 823.7685 0.365

2251,4

KJ Kg °C

Para el Cp de la mezcla total se debe calcular como una propiedad aditiva: Cp mezcla= ∑𝑛=4 𝑖=1 𝐶𝑝 ∗ %𝑖 Cp mezcla = Cppulpa (%pulpa) + Cpazúcar (%azúcar) + Cppeptina (%peptina) + CpAc. Cítrico (%Ac. Cítrico) Cppulpa= Cppera * %pera + CpH2O * % H2O {operación de despulpado} 1, 89Kg Pera 3, 8Kg Pera

5, 09Kg Pulpa

Despulpado

BAGAZO 0, 6 Kg

%Pera= =

3,8 Kg∗102 5,09 Kg

= 74,6% Pulpa

%H2O= = Cppulpa=

1,89 Kg∗102 5,09 Kg

3,8 KJ Kg °C

= 3,94

= 37,1%

∗ 0,746 + KJ Kg °C

4,18 KJ Kg °C

∗ 0,371

 Q sensible de la cocción desde 27°C hasta 102°C Qs = M total * Cp mezcla * ΔT Cp mezcla = ∑𝑛=4 𝑖=1 𝐶𝑝 ∗ %𝑖 Masa total de la mezcla es: (pulpa+ azúcar+ Ac. Cítrico + peptina =9,78Kg) usado en la cocción %Pulpa =

5,09Kg∗10∗2

%Azúcar =

%Peptina =

9,78 Kg

= 52,04%

4,66Kg∗10∗2 9,78 Kg

= 47,65%

0,023Kg∗10∗2

%Ac. Cítrico =

9,78 Kg

= 0,24%

0,0046Kg∗10∗2 9,78 Kg

Cp Azúcar= 1,254

KJ Kg °C

= 0,05%

{ref. tabla 2- libro elementos de procesos- pág. 326}

Cp mezcla = = Cppulpa (%pulpa) + Cpazúcar (%azúcar) + Cppeptina (%peptina) + CpAc. Cítrico (%Ac. Cítrico) Despreciable

Cp mezcla = 3,94

KJ

(0,5204) + 1,254

Kg °C

Despreciable

CpAc. Cítrico (0,0005)

KJ

(0,4765)+ Cppeptina (0,0024)+

Kg °C

Como no se encontró el Cp de la peptina y del Ac. Cítrico; se tomó la decisión de despreciarlos para efectuar los cálculos. Cp mezcla = 2,64

KJ Kg °C

Cp cocción = 9, 78Kg * 2,64

KJ Kg °C

*75°C

Cp cocción = 1936,4KJ

 Ahora se calcula el Q latente del agua evaporada durante la cocción. Q λ H2O Ev = 4,44kg * 2251,4

KJ Kg

= 9996,2KJ

 Q total de la cocción Q T cocción = Qs cocción + Q λ = 1936,4 KJ + 9996,2KJ = 11932,6 KJ

Q real de la cocción Consumo de gas en la cocción: Gas inicial= 76,70 kg Gas final = 76,10 Kg

Q real cocción = 0,6Kg *

47443 KJoule Kg

= 284665,8KJ

76,70-76,10 = 0,6Kg



Diferencia entre el Q teórico cocción y Q real cocción

Q teórico cocción = 11932,6 KJ Q real cocción = 284665,8 KJ D= QR - QT

D= 284665,8 KJ - 11932,6 KJ D= 16533,2 KJ %D=

D∗102

=

Qteorico

16533,2KJ∗102 11932,6KJ

= 138,5%

 ENERGÍA TÉRMICA TOTAL DEL PROCESO : Energía térmica escaldado + energía térmica cocción Energía térmica = Q Total escaldado + Q total cocción Energía térmica = 11386,3 KJ + 11932,6kj = 23318,9 KJ Calculo energía Mecánica en las demás operaciones Energía térmica de adecuación: preparación, pelado, tajado, separación = 0.04 * 23318,9 KJ = 932,8 KJ Energía mecánica lavado- desinfección= 0,03 * 23318,9 KJ = 699,6 KJ Energía mecánica Selección = 0,02 * 23318.9 KJ = 466,38 KJ Energía mecánica destallado =0,02 * 23318,9 KJ = 466,38 KJ Energía mecánica total de las operaciones (EMO)= 2565,16 KJ Energía Agitación Licuadora = Tiempo licuadora = 20 min x 60s = 1200 s 1 min

Potencia de la licuadora = 350 Watt 1 Watt = 1 J x 1 KJ = 0,001 KJ S 103 J S

350 watt x 0,001 kJ/s x 1200 = 420 KJ 1 watt Energía Agitación Marmita = tiempo agitación = 120 min = 120 min x 60 s 1 Min = 7200 s 0,5 Hp de la marmita 0,5 Hp x 745,7 watt = 372,85 watt 1 Hp

372, 85 watt x 0.001 kJ/s x 7200 s = 2684, 52 KJ 1 watt Energía mecánica total de agitación (EMA)=3104,52Kj Energía Total = EM + ET Energía Térmica (ET)= 23318,9 KJ Energía mecánica (EM)= (EMO) + (EMA) = 2565,16 KJ + 3104,52Kj = 5669,68 kJ Energía Total = 23318,9 KJ + 5669,68 kJ = 28988,58 KJ

CONCLUSIONES

Al observar la cantidad de mermelada de pera producida (5,34kg) y compararla con la cantidad de mermelada esperada teóricamente (8,22Kg) se evidencia que es menor la obtenida durante la práctica, se puede afirmar que esto se debe a que durante todo el proceso de elaboración quedan algunos residuos de la materia prima en los materiales utilizados, y a que en el momento de realizar la cocción se agito demasiado y se produjo un derrame, afectando la cantidad producida de mermelada. El rendimiento de pera limpia sin cascara y semilla con respecto a la fruta fresca fue de 78,4% [(3,78Kg/4,82Kg)*100]; este porcentaje es altamente significativo si se compara el rendimiento de otras frutas como por ejemplo la maracuyá que requiere de más materia prima para obtener gran cantidad de pulpa. La energía térmica real en el escaldado comparada con la energía teórica calculada dio 4, 75 veces más, esto se debe a que el quemador de la marmita no está aislado y se pierde una cantidad de energía hacia el ambiente. En la cocción el consumo de energía térmica real con respecto al cálculo teórico fue de 1,4 veces más, al comparar este dato con el de la cocción; esta menor diferencia se puede deber a que la marmita ya se encontraba caliente al momento de realizar la cocción por ende no requirió tanta energía, otro factor puede ser que en esta operación se realizó una agitación esto ayudo a que no se consumiera tanta energía; además de que hubo más control en el proceso. Para finalizar se puede concluir que los balances de materia y energía

BIBLIOGRAFIA

 Libro elementos de procesos - pág. 180  Tabla 2- libro elementos de procesos- pág. 326  https://www.cepsa.com/stfls/CepsaCom/.../especificaciones_producto_propano .pdf 31(2) ASTM D-1837. Sulfuro de hidrógeno. Negativo. ASTM D-2420. Poder calorífico inferior. kcal/kg. 10.800. ASTM D-3588. Poder calorífico superior. kcal/kg.