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“BALANCE DE MATERIA EN EL PROCESO: ELABORACIÓN DE MERMELADA DE PIÑA”

CARRERA

: TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN

CICLO

: II

SECCIÓN

: “A”

DOCENTE

: ARICA SANCHEZ, ANAHÍ

CURSO

: QUÍMICA APLICADA

ALUMNO (S)

:  ECHEVERRÍA GASPAR, DIANA LILIBETH  JOAQUIN ESPEJO, DINA LUSALI  LOPEZ FLORES, GLEYSER  LUIS VILLEGAS, TERESA MARÍA

FECHA DE ENTREGA : 02/06/18

2018-I

TRANSFERENCIA DE MASA Y ENERGÍA

BALANCE DE MATERIA

a. PROCESO INDUSTRIAL Y SUS VARIABLES. Un proceso industrial es aquel que se encarga de obtener, transformar o transportar uno o varios productos primarios, también llamadas materias primas. VARIABLES: Temperatura, presión, los caudales de entrada y salida del sistema, la viscosidad del compuesto, densidad, son las variables más comunes en los procesos industriales, las cuales son monitoreadas por medio de la instrumentación del proceso. Estos instrumentos nos permiten controlar las variables de un sistema. b. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA. La ley de la Conservación de la Materia, es también llamada ley de conservación de la masa o Ley de Lomonósov-Lavoisier, en honor a sus creadores. Postula que la cantidad de materia antes y después de una transformación es siempre la misma. Es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Se resumen con la célebre frase: “nada se pierde, nada se crea, todo se transforma”. La materia es el término general que se aplica a todo lo que ocupa espacio y posee los atributos de gravedad e inercia. c. ECUACIÓN GENERAL PARA EL BALANCE DE MATERIA. La ecuación de balance de materia puede escribirse como: El volumen original de hidrocarburos más volumen remanente de hidrocarburos + el volumen de agua inttuida desde un acuífero + la reducción del volumen poroso debido a la expansión de roca y fluido La ecuación de balance de materia se expresa en unidades de yacimiento. d. IMPORTANCIA DEL BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO INDUSTRIAL. Los balances de materia y de energía se han constituido como la base para diversas aplicaciones en los campos de las ingeniarías químicas y de alimentos, esto por los diferentes fenómenos y o irregularidades que pudieran ocurrir en la transformación de la materia prima.

1.

1.1.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL Analizar las distintas variables que intervienen en un proceso industrial para realizar el balance de materia.

1.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Elaborar un diagrama de flujo del proceso productivo.  Identificar las variables del proceso.  Realizar el balance de material del proceso.  Evaluar el rendimiento del proceso.

2.

2.1.

MARCO TEÓRICO:

MERMELADA DE FRUTAS La elaboración de mermelada de fruta constituye uno de los aprovechamientos

más conocidos de la fruta, cuando esta no se presta para otras utilidades por su calidad, aspecto y defectuosa presentación. Todas las frutas son aptas para la obtención de mermeladas, pero no es muy aconsejable preparar estas partiendo únicamente de frutas defectuosas, muy maduras o excesivamente verdes, ya el producto final sería de mal calidad. Aunque se utilice materia prima eficiente, siempre es aconsejable agregar una cierta cantidad de fruta sana, que ayudara a mejorar el preparado. Siendo el resultado de convertir la fruta en pulpa por acción de calor, mediante cocción, agregándole, además, determinada porciones de sacarosa, glucosa acido y, en ocasiones coagulantes y colorantes orgánicos.

Imagen 01: mermeladas de fruta.

La mermelada de frutas es un producto de consistencia pastosa o gelatinosa, resultante de la cocción y concentración de una mezcla de fruta adecuadamente preparada y azúcar. Las frutas utilizadas como materia prima en las mermeladas en su mayoría se caracterizan por tener alta acidez (pH menores a 4.6); esta propiedad limita el desarrollo de microorganismos patógenos. En la elaboración de mermeladas se aplican altas temperaturas y durante períodos de tiempo relativamente largos.

A nivel físico-químico, la mermelada debe cumplir las siguientes condiciones:

Una concentración de sólidos solubles entre 65% y 68% medidos a 20°C. Un valor de acidez final comprendida entre los valores de pH de 3 y 3.5. Si se utiliza un conservante, la cantidad de éste no debe exceder del 0.05% del peso total de la mermelada (1/2 gramo por kilo de mermelada).

2.2.

CONCEPTOS GENERALES DEL BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO INDUSTRIAL:

El balance de materia es un método utilizado para poder conocer cuánto se ha logrado producido de una materia prima, esta relacionado con la ley de la conservación de la materia. Es decir, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. En esta ocasión, en la preparación de mermelada de piña, haremos un balance para conocer que porcentaje de toda la piña fue utilizada y bien aprovechada.

2.3.

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO: CARACTERISTICAS FISICAS QUÍMICAS, USOS, ETC.

LA PIÑA

Es una fruta tropical muy famosa en todo el mundo por sus propiedades nutritivas, agradable sabor y olor. Es de forma ovalada y con una cascara gruesa que cubre la parte comestible. Tanto la cascara como la pulpa son muy aprovechadas en compuestos medicinales.

Alimentación y nutrición

--Bajo contenido calórico --Facilita la digestión --Rica en manganeso

Usos

--Es utilizada para adelgazar --Es utilizada por personas con gastritis

--Tiene hasta 84% de agua en su composición

--Se utiliza para preparar diversos postres y conservas

--Contiene carbohidratos, fibra y proteína vegetal

--Para combatir afecciones respiratorias

2.4.

PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN DEL PRODUCTO. Para la producción de Mermelada de Piña, el proceso de producción se describe a continuación:

a. Recepción y selección de la materia prima: La fruta es recepcionada por personal de almacén, quien comunica al Dpto. de Control de Calidad para comprobar su grado de madurez y estado de conservación. La persona encargada de la inspección (Control de Calidad) debe considerar las siguientes características: 

Fruta sana.



Ausencia de ataques de insectos.



Ausencia de daños mecánicos.



Estado de madurez fisiológica.



Color y textura uniformes y característicos del fruto.



Control de calidad procede de acuerdo a lo establecido en el programa de aseguramiento de calidad en compra de fruta, y emite su VoBo correspondiente.

Imagen 2. Nuestra supervisora de calidad está pesando y verificando la materia prima

b. Pesado: En esta etapa se realiza el pesado de la fruta seleccionada para proceso. Es importante para determinar rendimientos y calcular la cantidad de los otros ingredientes que se añadirán posteriormente. Asimismo, se hace un segundo pesado para determinar la merma y el producto aprovechable

Imagen 3. Peso de MP

Imagen 4. Peso de residuos

c. Lavado y Desinfección: Esta operación se realiza con la finalidad de eliminar cualquier tipo de partículas extrañas, suciedad y restos de tierra que pueden estar adheridos a la fruta. Esta operación se puede realizar por inmersión, agitación o aspersión. Una vez lavada la fruta se recomienda el uso de la solución desinfectante.

Las soluciones desinfectantes mayormente

empleadas están compuestas de hipoclorito de sodio (lejía) en una concentración de 0.05% a 0.2%. El tiempo de inmersión en estas soluciones desinfectantes no debe ser menor a 15 minutos. Posteriormente debe ser enjuagada con abundante agua.

Imagen 5. Lavado y desinfección de la piña



Este proceso también se aplicó para los envases. Y también se esterilizaron los envases usando el Exhauster.

Imagen 6. Selección de tapas y envases

Imagen 7. Lavado de los envases

Imagen 8. Esterilización de los envases y tapas

d. Pelado y corte de la materia prima: El pelado se puede hacer en forma manual empleando cuchillos de acero inoxidable o cortadores, o en forma mecánica con máquinas. En esta etapa se elimina la cascará, el corazón de la fruta y si se desea se corta en tajadas, siempre dependiendo del tipo de fruta.

Imagen 9. Corte de la materia prima

e. precocción: La fruta se cuece suavemente hasta antes de añadir el azúcar. Este proceso de cocción es importante para romper las membranas de la fruta y extraer toda la pectina. si fuera necesario se añade agua para evitar que se queme el producto. La fruta se calentará hasta que comience a hervir. Después se mantendrá en ebullición con una temperatura equilibrada hasta que el producto quede reducido a pulpa y deberá perder un tercio aproximadamente de su volumen original antes de añadir la azúcar.

f. Adición del azúcar y ácido cítrico: Una vez que el producto está en proceso de cocción y el volumen se haya reducido en un tercio, se procede a añadir el ácido cítrico y la mitad del azúcar en forma directa. La cantidad total de azúcar a añadir en la formulación se calcula teniendo en cuenta la cantidad de pulpa obtenida. Se recomienda que por cada kg de pulpa de fruta se le agregue entre 800 a 1000 gr. de azúcar. La mermelada debe removerse hasta que se haya disuelto todo el azúcar. Una vez disuelta, la mezcla será removida lo menos posible y después será llevada hasta el punto de ebullición rápidamente.

g. Cocción: Luego la pulpa de la fruta se coloca en la paila de cocción. El tiempo de cocción depende de la variedad y textura de la materia prima; asimismo debe ser corto para poder conservar el color y sabor natural de la fruta ya que una excesiva cocción produce el oscurecimiento de la mermelada debido a la caramelización de los azúcares.

Imagen 11. Cocción de la piña en la paila.

h. Cálculo de ácido cítrico: Toda fruta tiene su acidez natural, sin embargo, para la preparación de mermeladas esta acidez debe ser regulada. La acidez se mide a través del pH empleando un instrumento denominado pH-metro. Refractómetro La mermelada debe llegar hasta un pH de 3.5. Esto garantiza la conservación del producto. Pero en este caso de la mermelada de piña no calculamos el ácido cítrico. Por el motivo que el refractómetro estaba en malas condiciones.

Imagen 12. pH-metro(refractómetro).

i. Envasado: Una vez llegado el punto final de cocción, retiramos la mermelada de la paila de cocción. Inmediatamente después se envasan en frascos de vidrio. El envasado se puede emplear una jarra con pico que permita llenar con facilidad los envases, evitando que se derrame los bordes. En este proceso se emplea el Exhauster, que nos permite realizar la esterilización de

los envases empleando como fuente de suministro el vapor proveniente del caldero.

Imagen 13. Llenado de piña en los envases.

Imagen 14. Esterilizado del producto en el Exhauster

j. Etiquetado: El etiquetado constituye la etapa final del proceso de elaboración de mermeladas. En la etiqueta se debe incluir toda la información del producto.

Imagen 15. Etiquetas.

k. Almacenamiento: El producto debe ser almacenado en un lugar fresco, limpio y seco, con suficiente ventilación a fin de garantizar la conservación del producto hasta el momento de su comercialización.

Imagen 16. Producto final

3.

INSUMOS UTILIZADOS EN LA ELABORACIÓN DE LA MERMELADA N°

INSUMO

1

Azúcar(3,34kg)

3

Canela

IMAGEN

4.

MATERIALES UTILIZADOS

N°

MATERIALES

1

Cuchillos

2

Tablas de picar

3

Bandejas

4

Frascos de vidrio

5

Jarras

IMAGEN

5.

EQUIPOS N°

INSUMO

1

Paila de cocción

2

Exhauster

3

Balanza

4

Medidor de Glucosa

5

Caldera

IMAGEN

6.

6

Faja Transportadora

7

Lavador de productos

8

Mesa de trabajo

DIAGRAMA DE FLUJO

DIAGRAMA DE PLANTA PILOTO

LEYENDA 1. Exhauster 2. Liquido de Gobierno 3. Mesa para envasado 4. Faja transportadora 5 Hidrocooler 6. Autoclave 7. Paila de cocción 8. Pulpeadora 9. Combustible 10. Recipiente de agua 11. Ablandador 12. Caldero 13. Comprensión de aire 14. Recepción de materia prima 15. Lavado y Selección 16,17. Grifo de agua 18. Pozo de limpieza para los zapatos

DIAGRAMA DE FLUJO DE MERMELADA DE PIÑA

Recepción de la materia. prima

Esterilización del producto

Pesado de la materia prima.

Llenado del producto

Tapado del producto

Lavado de la materia prima.

Esterilización de los vasos por el exhauster

Pesado del producto

Pelado y picado de la materia prima

Trasladado de la materia prima hacia la paila de cocción

Producto final

Pesado de la materia prima

Materia Prima

Pesado de la materia prima

Balanza

Recepción

Selección y clasificación

Faja transportadora

Lavado de la materia prima

Lavadora de frutas

Pelado y picado de la materia prima

Pesado de la materia prima

Cocción

Envasado

Sellado

Enfriado

Etiquetado

Producto terminado

Balanza

Paila de cocción

7.

BALANCE DE MATERIA

En la etapa de precocción alimentamos a la paila con 8.357kg de MP dándole a la paila una temperatura equilibrada para luego agregarle un 40% de azúcar, suponiendo que la producción seria el 70%,pero por su condensación durante la cocción con los siguientes cálculos consideramos que no se obtuvo lo supuesto.

A 8.351kg de MP

C PAILA DE COCCIÓN

5.833 kg Mermelada de piña.

B 40% kg de azúcar

E=S A+B=C

8.351+B=11.6914

8.351+8.351(0.4) =C

B=11.6914-8.351

11.6914 =C

B=3.34 kg de azúcar

|

C = 11.6914 – 5.833 C= 5.8584kg

En conclusión, diríamos que la condensación en la paila de cocción es dé 5.8584kg. por lo tanto, la perdida fue mayor que la producción. Así que el proceso no fue eficiente.

8.

Costos de producción

Saber calcular el costo de producción es un aspecto clave en el funcionamiento de una empresa. A continuación, describiremos los pasos a seguir para determinar el costo de producción tomando como ejemplo el proceso de mermelada de piña en planta que realizamos en planta piloto. Para ello necesitaremos algunos datos que por motivo de no contar con un valor estándar tomaremos algunos datos propuestos. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. Producción por horas. En 3h producimos 24 unidades de mermeladas en frascos de 250 gr. N° de trabajadores 6 personas. Programa de Producción - 1 cajas de mermelada de piña. COSTOS DIRECTOS DE FABRICACIÓN Materia prima, insumos y materiales El conteo de la materia prima, insumos y materiales necesarios para la fabricación de la mermelada de piña con un proceso duradero de 3 horas en un día produciendo 24 unidades.

Datos propuestos Detalles

cantidades

Precio US$

Precios Totales

Piña kg

15.453

0.29

4.45

Azúcar kg

3.34

0.54

1.80

Frascos135gr (und.)

24

0.22

5.28

Caja

1

0.35

0.35

TOTALES

11.88

Por mes se gastaría =$ 308.88 Mano de obra Para este volumen de producción se requiere la participación de 6 personas: -

1 jefe de producción

-

2 supervisores

-

14 operarios.

Calculemos la remuneración mensual que percibirán, considerando 26 días de trabajo mensual.

Salario (propuesto) Trabajador

Cantidad

Unitario

Total

Jefe

1

1200.00

$.1200.00

Supervisores

2

1100.00

$. 2200.00

Operarios

14

890.00

$. 12460

TOTALES

158600

los costos por el proceso: mano de obra=$.158600 materia prima e insumos=$ 11.88

REGISTRO: RECEPCIÓN DE LA MATERIA PRIMA PRUDUCCIÓN DE MERMELADA DE PIÑA

lugar:

planta piloto-Tecsup Docente: Distribución horaria semanal lunes martes Mierc. jueves N° Horas: x hora inicio: 2:40pm hora final: 5:40pm Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 TOTAL

Item 1 2 3 TOTAL

Cantidad 1115 1718 1506 1328 1643 1634 1047 1353 1538 1300 1271 15453

Unidad g g g g g g g g g g g g

ing. Anahí Arica viernes

RRM-003

supervisor de planta:

sab. Do.

Descripción piña piña piña piña piña piña piña piña piña piña piña piña

REGISTRO: RECEPCIÓN DE MP PELADA Cantidad Unidad Descripción 4277 G Piña 3112 G Piña 1397 G piña 9786 G piña

Item 1 2 3 4 TOTAL

REGISTRO: RECEPCIÓN DE MP CORTADA Cantidad Unidad Descripción 2236 g Piña 2171 g Piña 1797 g piña 2147 g Piña 8351 g piña

REGISTRO: RECEPCIÓN DE INSUMOS PRUDUCCIÓN DE MERMELADA DE PIÑA

lugar:

planta piloto-Tecsup Docente: Distribución horaria semanal lunes martes Mierc. jueves N° Horas: x hora inicio: 2:40pm hora final: 5:40pm Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 TOTAL

ing. Anahí Arica viernes

sab. Do.

Cantidad 3360

Unidad g

Descripción azúcar

3360

g

AZÚCAR

RRM-003

supervisor de planta:

REGISTRO: PRODUCTOS TERMINADOS Item

cantidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

TOTALES

unidad 264 238 248 239 252 248 242 242 254 243 252 252 240 254 241 251 232 243 232 238 229 227 224 248 5833

g g g g g g g g g g g g g g g g g g g g g g g g g

MATERIA PRIMA (mermelada de piña) producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto producto

CONTROL QUIMICO FECHA

HORA

DOCENTE A CARGO

23/05/2018 24/05/2018 25/05/2018 26/05/2018

3:15pm 3:45pm 4:20pm 4:50pm

Anahi Arica Anahi Arica Anahi Arica Anahi Arica

AGUA DE CALDERO S.T.D(ppm)

pH 1712 10.557 1804 10.235 1982 10.421

DUREZA EN AGUA TANQUE DE AGUA DE BLANDA ABLANDADOR(ppm) DEREZA(ppm) Ph 868 960 7.7 8.6 8.2

HORA

3:15pm 3:45pm 4:20pm 4:50pm

9.

TEMP.GASES CHIMENEA

CALDERO

ABLANDADOR

PRESION S.T.D DUREZA S.T.P DE (ppm) (ppm) VAPOR 100 1912 690 86 1804 600 810

145c° 135c° 120C°

168 821 859

CONCLUSIONES 

Se identificaron los tiempos efectivos y no efectivos durante el proceso de elaboración de mermelada.



Es

importante calcular

correctamente la

cantidad de

azúcar

a agregar paraqué la mermelada no sufra alteraciones como cristalizaciones. 

La medición del pH es importante para saber si es necesario el uso de ácido cítrico si es que el pH no se encuentra en el rango debido.



Un

adecuado

envasado nos

asegura

que el

producto tenga

una larga duración, pues con la formación de vacío se evita el desarrollo de microorganismos que puedan alterar nuestro producto.

10. RECOMENDACIONES 

AL momento de seleccionar la fruta se debe de tener en cuenta que no esté tan madura o verde ya que afectara la calidad de la mermelada.



Hacer regir los controles de calidad y seguir el procedimiento adecuado con las normas de higiene y seguridad en el proceso.



Someter la mermelada a una temperatura adecuada para que no ocurra ningún cambio en la mermelada ya sea en el color o sabor.



Manipular correctamente los equipos designados para la producción de piña.



Dejar limpio y ordenado el área de trabajo.



Utilizar adecuadamente los implementos de seguridad personal.

11. PREGUNTAS DE ANÁLISIS 

¿Qué nos dice el Principio de Conservación de la Materia?

Que la materia no se crea ni se destruye solo se transforma como es el caso de la piña que a pasado por etapas de procesamiento para logar una adecuada mermelada. 

De acuerdo con su clasificación ¿Qué tipo de proceso es, como se formularía la ecuación general de balance de materia?

Es un proceso continuo porque en la fabricación de la mermelada no se ha presentado una deficiencia con los equipos los equipos



¿Cuáles son las variables del proceso, que identificó durante la práctica?





Temperatura



PH



Grado de azúcar



Dureza

¿Qué tipo de equipo es una paila de cocción, explique?

La paila de cocción es un equipo que nos permite realizar la cocción de nuestro producto, que en este caso sería la piña. Se utiliza porque tiene un tamaño adecuado para poder realizar

12.

ANEXOS:

REGISTRO: INGRESO DE PERSONAL PRODUCCION DE MERMELADA DE PIÑA

Lugar: Nº Horas

Planta piloto_Tecsup Lunes Martes Miercoles 2 horas y 50 min.

Docente: Ing.Anahi Arica Jueves Viernes Sabado Domingo

Fecha:23-05-2018 Hora inicio:2:40pm Hora final:5:30pm

N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Nombres y apellidos Reyes Urbano Fernando Palomino Bazan Luis Paredes Ruiz Nicole Luis Villegas Teresa Flores Giron Nelver Luna Villanueva Yerson Rodriguez de la Cruz Angel Juaquin Espejo Dina Inga Reyna Fernanda Flores Coronel Pablo Diana Echevarria Gaspar Palma Visosa Rene Galvez Carranza Yosy Lopez Flores Gleyser Lopez Santos Kevin Zamudio Orbegoso Jhon

OBSERVACIONES Y COMENTARIOS:

Cargo Registro de personal Supervisor Supervisor BPM de personal Caldera Jefe de almacen Materia prima Materia prima Paila de cocción Paila de cocción Exhauster Exhauster Corte y pelado Corte y pelado Corte y pelado Corte y pelado

RBP-002 Supervisora de Planta:

o EVALUACIÓN o

Redacción y ortografía.

o Análisis del proceso productivo. o

Cálculo y resultados.