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Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos

DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE RESIDUOS DE MANGO EN LA COMUNIDAD DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL “JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI” EL TIGRE MUNICIPIO SIMÓN RODRIGUEZ.

Proyecto Socio-Integrador como requisito parcial para la aprobación de Trayecto III en el Programa Nacional de Formación Procesos Químicos.

Equipo investigador: Freites, Karol C.I 26.204.432 Lozada, María C.I 26.384.430 Marín, Andreina C.I 25.487.286 Marín, Julie C.I. 20. 546.603 Rodríguez, Lorimar C.I 26.384.678 Vásquez, Enyerberth C.I 20.740.692

El Tigre, abril de 2018

Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos

DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE RESIDUOS DE MANGO EN LA COMUNIDAD DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL “JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI” EL TIGRE MUNICIPIO SIMÓN RODRIGUEZ.

Proyecto Socio-Integrador como requisito parcial para la aprobación de Trayecto III en el Programa Nacional de Formación Procesos Químicos.

Equipo investigador: Freites, Karol C.I 26.204.432 Lozada, María C.I 26.384.430 Marín, Andreina C.I 25.487.286 Marín, Julie C.I. 20. 546.603 Rodríguez, Lorimar C.I 26.384.678 Vásquez, Enyerberth C.I 20.740.692

Tutor Técnico: Ing. Diana López C.I 18.455.638

El Tigre, abril de 2018. II

III

IV

ÍNDICE GENERAL

PRELIMINARES Pág. Portada ---------------------------------------------------------------------------------------- I Contraportada--------------------------------------------------------------------------------- II Acta de evaluación -------------------------------------------------------------------------- III Credencial ------------------------------------------------------------------------------------ IV Índice General-------------------------------------------------------------------------------- V Índice de Tablas------------------------------------------------------------------------------ VII Índice de Anexos---------------------------------------------------------------------------- VIII Resumen ------------------------------------------------------------------------------------- IX Introducción ---------------------------------------------------------------------------------- 10 FASE I DIAGNÓSTICO 1.1 Exploración inicial------------------------------------------------------------------------13 1.2 Reseña histórica---------------------------------------------------------------------------13 1.3 Dimensiones y potencialidades----------------------------------------------------------18 1.4 Herramientas para la priorización del problema--------------------------------------22 1.5 Criterios para la priorización del problema--------------------------------------------23 1.6 Selección del problema-------------------------------------------------------------------24 1.7 Vinculación del problema seleccionado con el Plan Ley de la Patria--------------25

FASE II EL PROBLEMA 2.1 Planteamiento del Problema ----------------------------------------------------------- 26 2.2 Objetivo General ------------------------------------------------------------------------ 27 2.3 Objetivo Específicos -------------------------------------------------------------------- 27 2.4 Justificación ---------------------------------------------------------------------------- 28 2.5 Alcance ---------------------------------------------------------------------------------- 28 2.6 Limitaciones ---------------------------------------------------------------------------- 29

FASE III MARCO TEÓRICO REFERENCIAL 3.1. Antecedentes ----------------------------------------------------------------------- 30 3.2. Fundamentación Teórica --------------------------------------------------------- 32 3.2.1. Pectina y sus orígenes---------------------------------------------------- 32 3.2.2. Composición y estructura ------------------------------------------------- 33 3.2.3. Propiedades Fisicoquímicas de la Pectina------------------------------ 35 3.2.4. Clasificación de la Pectina------------------------------------------------ 37 V

3.2.5. Grados de Esterificación--------------------------------------------------- 38 3.2.6. Extracción de Pectina------------------------------------------------------- 39 3.2.7. Aplicaciones de las Pectinas----------------------------------------------- 41 3.2.8. Mangífera Indica (Mango)------------------------------------------------- 42 3.2.9. Propiedades Nutricionales-------------------------------------------------- 42 3.2.10. Aprovechamiento Industrial----------------------------------------------- 43 3.3. Fundamentación Legal ------------------------------------------------------------- 43 3.3.1. Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación------------------ 44 3.3.2. Ley de residuos y Desechos Sólidos ------------------------------------ 46 3.4.Definición de Términos ------------------------------------------------------------- 46

FASE IV MARCO METODOLÓGICO 4.1. Tipo de Investigación --------------------------------------------------------------- 48 4.2. Diseño de la Investigación ------------------------------------------------------- 49 4.3. Población --------------------------------------------------------------------------- 50 4.4. Muestra ----------------------------------------------------------------------------- 50 4.5. Técnicas de Recolección e Instrumentación de Datos ------------------------- 50 4.6. Validez de contenido y Confiabilidad de los Instrumentos------------------- 53 4.6.1. Validez de Contenido------------------------------------------------------- 53 4.6.2. Confiabilidad de los instrumentos----------------------------------------- 54 4.7. Técnica de Análisis de Datos------------------------------------------------------ 54 4.8.Planificación integral de los objetivos (PIO)--------------------------------------56 FASE V DESARROLLO INTEGRAL DE LOS OBJETIVOS 5.1 Objetivo 1 --------------------------------------------------------------------------------56 5.2 Objetivo 2 --------------------------------------------------------------------------------56 5.3 Objetivo 3---------------------------------------------------------------------------------58

5.3.1. Descripción detallada del proceso---------------------------------------58 5.3.2. Esquema tecnológico------------------------------------------------------63 5.4 Objetivo 4 --------------------------------------------------------------------------------------- 66

Conclusiones ---------------------------------------------------------------------------------- 68 Recomendaciones --------------------------------------------------------------------------- 69 Bibliografía ----------------------------------------------------------------------------------- 70 Anexos ----------------------------------------------------------------------------------------- 74

VI

ÍNDICE DE TABLAS

TABLAS

Pág.

1. Relación de la población de la UPTJAA---------------------------------------------- 19 2. Matriz FODA----------------------------------------------------------------------------- 22 3. Selección del problema------------------------------------------------------------------ 24 4. Cuadro PIO-------------------------------------------------------------------------------- 56 5. Composición y propiedades de las corrientes del proceso-------------------------- 63 6. Calores específicos de los componentes---------------------------------------------- 86 7. Calores de formación de los componentes------------------------------------------- 87

VII

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXOS

Pág.

1. Ubicación de la UPTJAA--------------------------------------------------------- 74 2. Entrevista informal------------------------------------------------------------------75 3. Muestra de cálculos de balances de materia y energía-------------------------76

VIII

DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE RESIDUOS DE MANGO EN LA COMUNIDAD DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL “JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI” EL TIGRE MUNICIPIO SIMÓN RODRIGUEZ.

Autores: Freites, Karol C.I 26.204.432 Lozada, María C.I 26.384.430 Marín, Andreina C.I 25.487.286 Marín, Julie C.I. 20. 546.603 Rodríguez, Lorimar C.I 26.384.678 Vásquez, Enyerberth C.I 20.740.692

RESUMEN: La problemática existente en la comunidad de la UPTJAA, referente a la falta de reactivos y aditivos como CMC, pectina, entre otros, afecta directamente a los laboratorios del área de química y a los estudiantes. Esta situación conllevó al estudio de las posibles soluciones a tal problema, dando surgimiento al proyecto “Diseño de una planta piloto para la obtención de pectina a partir de los residuos de mango” el cual va sustentado en las líneas de investigación “Programa de diseño de optimización de procesos” y “Programa de saneamiento ambiental”. El PSI abarca los tipos de investigación descriptiva y explicativa, el mismo, se llevará a cabo mediante un plan de acción basado en actividades que dan cumplimiento a cada uno de sus objetivos específicos y a su vez se realizará una gestión ambiental mediante el empleo de técnicas de recolección de la materia prima (mango), con lo cual se contribuye a la disminución de la contaminación de los suelos y a su vez, del ambiente. Hasta la fecha se han logrado alcanzar 4 objetivos específicos, dando como resultado la obtención del producto (pectina) para lo cual se realizaron diferentes corridas experimentales a distintos niveles de temperatura y valores de pH, resultando los valores ideales para tal obtención: T= (80 – 85)°C y pH= 2,2. De igual manera se determinó que en el proceso existe un 10% de perdida en el filtrado. Cabe destacar que la pectina obtenida, luego de ser caracterizada fisicoquímicamente, tomando en cuenta su pH, color, olor y poder gelificante, será almacenada para ser utilizada posteriormente como reactivo en los laboratorios. Términos descriptores: optimización, diseño, pectina, aditivo, pH

IX

INTRODUCCIÓN Como parte de la implementación de una nueva tecnología que impulsará el desarrollo de la comunidad se propuso la realización de un proyecto socio-integrador el cual tiene como objetivo principal el “diseño de una planta piloto que permitirá la obtención de pectina proveniente del mango”, pectina que a su vez podrá ser aprovechada por los estudiantes para la elaboración de productos y realización de prácticas experimentales fortaleciendo así la formación académica y fomentando la creación de un nuevo modelo productivo que beneficia al ambiente gracias a la actividad ecológica empleada para recolectar los desechos orgánicos, recursos naturales, los cuales serán transformados en productos de gran utilidad. La materia prima es el mango, el cual es un producto natural, fácil de conseguir y posee múltiples propiedades que facilitan su proceso. Sin embargo, es menospreciado y poco estudiado. Además, su reciclaje y clasificación no solo representa una alternativa para la disminución de la contaminación de los suelos, también es la pieza clave para solucionar la ausencia del reactivo pectina en los laboratorios de la comunidad de la UPTJAA. Para constatar la factibilidad de este PSI fueron utilizadas diferentes herramientas para la priorización del problema, entre las cuales se puede nombrar la observación libre o no estructurada, mediante la cual se captó de manera sistemática la situación actual de la comunidad antes mencionada. De igual manera se aplicó una entrevista informal para la cual se abordó al profesor Diomedes Marcano donde se obtuvo información sobre la pectina, sus aplicaciones y distintos métodos de obtención.

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El proyecto se encuentra estructurado de la siguiente manera: Fase I: DIAGNÒSTICO Comprende el diagnóstico, en donde se inicia el proceso de selección de la comunidad, el estudio de sus fortalezas y debilidades, estudio de su problemática y la selección del problema. Fase II: EL PROBLEMA En este apartado se plantea el problema de la comunidad seleccionada, se establecen sus objetivos generales y específicos, su justificación, alcances y limitaciones. Fase III: MARCO TEÓRICO REFERENCIAL Consta del marco teórico referencial, el cual abarca los antecedentes que consisten en la recopilación de ideas y posturas de autores que sirven de base a esta investigación; la fundamentación legal la cual comprende todas las leyes que avalan la realización del proyecto; y la definición de términos básicos. Fase IV: MARCO METODOLÓGICO Abarca el marco metodológico, donde se explica el tipo y el diseño de investigación adoptado para llevar a cabo la realización del proyecto; la población y muestra seleccionada y las técnicas e instrumentos de recolección de datos aplicados para la obtención y análisis de información y el cuadro PIO (planificación integral de los objetivos). Fase V: DESARROLLO INTEGRAL DE LOS OBJETIVOS Constituye la explicación del desarrollo integral de las actividades, diagrama de bloques, diagrama de proceso y los balances de materia y energía. Acá se describen de manera específica los estudios y actividades realizados para llevar a cabo el cumplimiento de los objetivos, además presenta las conclusiones y recomendaciones expuestas por el equipo investigador.

11

Por último, las referencias bibliográficas, anexos que ilustran las actividades realizadas durante la investigación. Cabe destacar que para la redacción y elaboración de las referencias y citas fueron manejadas por las normas de la Asociación Americana de Psicología (APA) 2001.

12

FASE I DIAGNÓSTICO

1.1 Exploración Inicial La apertura de esta investigación se dio a partir del Proyecto Socio-Integrador y de discutir sobre los problemas que se presentan en distintas comunidades vinculados siempre a nuestra área de investigación según El Programa Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación (PNCTI) y líneas de investigación en el Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos (PNFPQ). Como punto de inicio del Proyecto Socio Integrador, se llevaron a cabo reuniones entre los miembros del grupo de trabajo para ubicar una comunidad donde iniciar la investigación. En dichas reuniones se manifestó la intención de brindar un aporte a la comunidad de estudio (UPTJAA). Se realizó recorridos en la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” ubicada en el Municipio Simón Rodríguez con el propósito de identificar las problemáticas y necesidades que presenta y dar solución a alguna de éstas de acuerdo a las competencias del Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos (PNFPQ). Como resultado final de entrevistas sostenidas con profesores de laboratorios, se concluyó que la falta de aditivos para la elaboración de productos a través de prácticas experimentales es uno de los principales problemas que presentan los estudiantes de procesos químicos de esta comunidad y surgió la idea de la obtención de pectina a partir del mango que se puede encontrar en dicha comunidad y que muchas veces es desperdiciado. 1.2 Reseña Histórica El 03 de enero de 1975, el Ministerio de Educación de la República de Venezuela mediante resolución N° 7 designa la comisión organizadora para la 13

creación de la estructura universitaria, integrada por el Prof. Juan

Medina Lugo

como presidente de la comisión y el Prof. Jesús Ruiz Luquéz como secretario ejecutivo quien posteriormente, fue el primer director del instituto. El Instituto Universitario de Tecnología El Tigre (IUTET), tiene su apertura el 06 de diciembre de 1977, conforme a la Gaceta Oficial de la República de Venezuela N° 31381 según Decreto 2483. Las actividades académicas comenzaron el 09 de julio de 1978 con motivo de tan memorable acontecimiento, el entonces presidente de la República de Venezuela Carlos Andrés Pérez, dicta la primera clase magistral para inaugurar el IUTET. Se cristaliza así, uno de los sueños más preciado de los habitantes de la mesa de Guanipa, porque se había logrado una casa de estudios universitarios de un gran alcance, no sólo para los habitantes de esta ciudad, sino que le abría las puertas a toda la zona sur del estado Anzoátegui y zonas circunvecinas. Inició con un diseño curricular de cuatro semestres formando Técnicos Superiores Universitarios sin menciones en las especialidades de Administración, Agropecuaria, Mecánica y Química; su filosofía de enseñanza tiene la premisa “Aprender Haciendo”. El diseño curricular del IUTET fue concebido para que el egresado no solo obtuviera su título como técnico y se incorporara al mercado de trabajo y a la actividad productiva, sino que más adelante (al ser el Instituto elevado a politécnico en un futuro) pudiese continuar hasta el octavo Semestre para el nivel de tecnológico y después culminar su carretera larga. El primer director de esta casa de estudio fue el Prof. Jesús Ruiz Luqués proveniente del pedagógico de Barquisimeto quien condujo las riendas de la Institución durante sus exigentes 3 años iniciales. A continuación, debido al cambio de gobierno fue sustituido por el Zootecnista José Ángel Velásquez procedente del núcleo de la Universidad de Oriente (UDO) en Jusepin, quien al cabo de 2 años y 9 meses renuncio al cargo, sustituido por el Prof. Pedro Hipólito Meléndez quien permaneció en el cargo solo por 4 meses. Fue nombrado prontamente el Prof. Eddi Enrique García Chávez oriundo de Maracaibo, quien estuvo de director escasamente año y medio (ante la aprobación del cambio que había solicitado para el Tecnológico de Ejido, renunció en octubre del 14

año 1985). Entonces fue nombrado para culminar su periodo de 3 años el Ing. Jesús Antonio González López. En 1987, se experimenta un nuevo diseño curricular de seis semestres, ofreciéndoles las especialidades con las siguientes menciones: Administración, Mención Comercial y Contaduría; Agropecuaria, Mención: Animal y Vegetal; Mecánica, Mención: Fabricación Mecánica y Mención: Mantenimiento Mecánico: Química, Mención: Procesos Químicos. El 23 de septiembre de 1988, según resolución N° 981 se autoriza la creación y funcionamiento de una extensión de la sede, en la ciudad más prospera del centro del Estado, Anaco, que coordinó el profesor Marcial Sánchez, dando inicio a sus actividades académicas y administrativas el 16 de octubre de 1989. Formando Técnicos Superiores Universitarios en especialidades de Administración, Menciones: Comercial, Contaduría, Personal y Electricidad Mención: Electromecánica. En mayo de ese mismo año, abre una ampliación en la importante ciudad de Pariguán bajo la coordinación del Ing. Oswaldo Parra Coa y ofrece a los estudiantes de la zona las especialidades de Agropecuaria, Administración, Mención: Contaduría y Electricidad Mención: Electromecánica. Todos estos cambios fueron impulsados y dirigidos durante la gestión del Ing. Jesús González. Quien estuvo 5 años al frente de la institución, primero al culminar el periodo del Prof. Eddi García Chávez, y continuar los 3 que le fueron conferidos cuando fue ratificado para el cargo al culminar el tiempo legal del renunciante. El 14 de diciembre de 1989 toma el nombre de Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui” (IUTJAA). Conforme a la Gaceta Oficial N° 34368 según Decreto 657, en el marco de la celebración del bicentenario del nacimiento de héroe epónimo del Estado, mediante decreto presidencial del entonces primer magistrado nacional el Dr. Jaime Lusinchi. A continuación del Ing. Jesús Antonio González López, el 2 de febrero de 1990 es nombrado al profesor de biología Hamlet Mata. Mediante resolución presidencial del 2 de febrero del 1993 es nombrada como directora a la profesora Enilda Coromoto Lugo Milá de la Roca para los 3 años siguientes, permaneció por un 15

año más correspondiéndole organizar

las primeras elecciones para elegir las

autoridades de la institución. En las cuales resultó electo el Lcdo. Héctor Enrique Cordero Rodríguez quien asumió la dirección de la institución hasta febrero del 2000 cuando es reemplazado por el profesor Rubén Darío Pineda que es trasladado del Estado Trujillo liderando una comisión para la modernización y transformación del IUTJAA con el propósito de hacer cambios profundos a la institución. En ese mismo año, la asesora enviada del ministerio, Zoila Bailey sugiere la apertura de una extensión en la ciudad de Puerto la Cruz como respuesta a los estudiantes provenientes del Instituto Isaac Newton, donde se había presentado una situación irregular. En abril del 2001, una nueva comisión para iguales fines con la profesora Martha Elena Acuña como Coordinadora General, que permaneció en el cargo por 2 años, cuando fue sustituida en el mes de enero del 2004, por una nueva comisión encabezada por su asesor principal y profesor jubilado Ing. Msc. Nemesio Villalobos. Para octubre del año 2005, da inicio la extensión en Puerto la Cruz coordinado en sus inicios por la profesora Riolama Bastidas, que ofrece a los estudiantes de la zona norte las especialidades de Preescolar, Informática y Administración. Comenzando el 2007, específicamente en el mes de enero, asume el cargo como Coordinador General, el Lcdo. Msc. Omer Martínez, en cuya gestión la institución se involucra activamente en las mesas de trabajo nacionales llevada a cabo para el diseño curricular de los Programas Nacionales de Formación (PNF) que actualmente imparte. De igual forma, en este periodo se inaugura el sector C, un grupo de aulas, construidas gracias a la colaboración de la Alcaldía. En octubre del año 2008 el Ing. Msc. Maximiliano Carneiro es designado como Coordinador General, en cuya gestión se da inicio a los Programas Nacionales de

Formación

Agroalimentación,

Administración,

Electricidad,

Informática,

Mecánica, Mantenimiento y Procesos Químicos; también se pone en funcionamiento las extensiones de la antigua Halliburton, que cuyos espacios se conocen como el sector D. para Marzo del 2009, se publica en Gaceta Oficial que el nuevo Coordinador es el Lcdo. Gilberto Ortega, por ello se presentan protestas estudiantiles 16

que conllevaron a un nuevo cambio de directiva en mayo del 2009, liderada por el Lcdo. Msc. Nelson España, quien continúa con la implementación de los PNF a nivel institucional. El 24 de marzo del 2009, se decreta y se crea la Misión Alma Mater por el Gobierno que presidía el presidente Hugo Chávez, con la finalidad de impulsar la transformación de la Educación Universitaria en la República Bolivariana de Venezuela, adecuándola a los lineamientos de la Constitución Bolivariana de Venezuela, aprobada por el pueblo en 1999 y del Proyecto Nacional Simón Bolívar. A mediados del 2010, en el mes de junio, el Ing. Msc. José Vaquero, profesor de vasta experiencia dentro de la Institución, específicamente, en el departamento de Tecnología Química, y que había ocupado diversos cargos, es designado por parte del Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria, como Coordinador General. Con miras al fortalecimiento y desarrollo de los Programas Nacionales de Formación como parte de un convenio con la hermana nación de Cuba, se realizan pasantías lo cual permite que algunos profesores de la institución viajen a la isla e interactúen con educadores de universidades cubanas tales como la Universidad de Camagüey de la Habana, entre otras. Otro aspecto importante de este convenio es la realización de 4 postgrados, impartidos a los docentes de IUTJAA por profesores cubanos: Análisis de Procesos de la Industria Química, Informática Industrial y Automatización. Diseño y Fabricación asistida por computadora (CAD/CAM) y Maquinaria Agrícola. Durante su gestión, concretamente en junio de 2011, da inicios en la sede principal el PNF Química, donde los TSU en Química tienen la oportunidad de continuar sus estudios y obtener el Título de Licenciados, a diferencia del PNF Procesos Químicos, cuyos egresados son Ingenieros en Procesos Químicos. En octubre de ese mismo año, se da inicio, en el Tigre, los PNF Contaduría e Informática. En el mes de diciembre de 2011, otorga títulos a los estudiantes de la Misión Sucre, debido a que, en agosto de ese mismo año, el ministerio asigna al IUTJAA como Institución Rectora en el Estado Anzoátegui. En mayo del año 2013 el Ministro de Educación Universitaria declara que el Instituto Universitario de 17

Tecnología José Antonio Anzoátegui ascenderá a Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui. El 2 de mayo del año 2014 se eleva el IUTJAA a Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” (UPTJAA), según Decreto Presidencial N° 936 de la Gaceta Oficial N° 40403. En la actualidad, la UPTJAA sigue siendo pionera en la formación de profesionales integrales, con formación humanística, comprometidos con el desarrollo endógeno de la región, llamados a ser líderes en la comunidad, contribuyendo con el progreso del país, de los pueblos Latinoamericanos y del mundo. Hasta entonces el último cambio se da ya que El Ministerio de Educación Universitaria, Ciencia y Tecnología e Innovación por medio de la Gaceta Oficial 428.782 de fecha 6 de julio 2016, designó una nueva directiva para la Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui (UPTJAA) en El Tigre. El documento oficial establece que el cargo de rector será ocupado por Carlos Eduardo Sifontes Bermúdez, en sustitución de José Vaquero en la secretaría fue ratificada Yesenia Tiapa Villasana, el área académica se la asignaron a Carlena Astudillo, en Administración estará Yamila Martínez Mata, y como responsable del sector estudiantil asumirá Héctor Cordero Rodríguez. 1.3 Dimensiones y potencialidades 1.3.1 Dimensión físico-espacial La sede de la UPTJAA se encuentra ubicada en la ciudad de El Tigre, municipio Simón Rodríguez, zona sur del estado Anzoátegui en el km 8 de la Carretera Nacional El Tigre - Ciudad Bolívar, la universidad cuenta con una extensión de tierra aproximadamente de 548 hectáreas (Anexo 1). Sus límites son: Norte: Carretera Nacional El Tigre-Ciudad Bolívar Sur: Terreno De Comunidad Aventazón Este: La Finca Agropecuaria

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Oeste: Carretera vía a la comunidad de la Aventazón. 1.3.2

Dimensiones demográficas

Tabla 1. Relación de población de la UPTJAA Estudiantes Personal Obrero

PNF

Personal Docente

Personal Administrativo

7.495

Fijos: 183 Sobreviviente: 3 Jubilados: 74

Fijos: 193

Fijo: 128

Jubilados: 155

Contratado: 58

Contratados: 288

Jubilado: 41

Total: 635

Total: 227

Contratados: 119 Total:7.495

Total:379

Fuente: (Recursos Humanos, 2018).

1.3.3

Dimensiones políticas

La estructura organizativa de la UPTJAA se ha planificado de acuerdo a lo establecido en el Reglamento de los Institutos y Colegios Universitarios, quedando organizada en forma jerárquica de la siguiente manera: Nivel Directivo: lo conforma el consejo directivo, la dirección, las subdirecciones académica y administrativa y las divisiones. Consejo Directivo: es la máxima autoridad de la institución y lo conforman el director, quien lo preside, los subdirectores académico y administrativo, los jefes de división, un representante del personal docente, un representante estudiantil; es el ente responsable de velar por el cumplimiento de los lineamientos y políticas de desarrollo institucional que fija el Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria. Dirección: es la unidad administrativa que se encarga de dirigir, coordinar, supervisar y evaluar las actividades de la universidad. Está representada por el Director, que se encarga de cumplir y hacer cumplir todos los parámetros y procedimientos inherentes al funcionamiento de la institución.

19

Subdirección Académica: tiene como responsabilidad el desarrollo y cumplimiento de las actividades docentes: investiga, evalúa y coordina todas las labores de acuerdo al desarrollo y ejecución del currículo y planes de estudio de la institución. Subdirección Administrativa: esta unidad es la encargada de planificar, coordinar, dirigir, supervisar, evaluar, de acuerdo con la dirección, las actividades administrativas de la Universidad y está representada por el subdirector administrativo. División de Planificación y Presupuesto: es un órgano asesor de la dirección y tiene como funciones específicas, todo lo relativo a corto y mediano plazo, la elaboración de los presupuestos operativos anuales. Atiende la programación financiera, física y debe velar porque el presupuesto se formule y ejecute, siguiendo las instrucciones y controles establecidos en las leyes de la República. División de Investigación, Extensión y Producción: organizacional

encargada

de

coordinar

todas

es la unidad aquellas acciones

encaminadas a estimular el desarrollo de proyectos de investigación y cursos de extensión, así como aquellas cosas que procuren la profundización de conocimientos entre egresados. División de Docencia: es la unidad encargada de coordinar, supervisar y evaluar la actividad docente que se lleva a cabo en cada uno de los departamentos que imparten la formación profesional. Está representada por un jefe de división de docencia. 1.3.4

Dimensiones económicas

En este aspecto la institución cuenta con ayudas económicas como: becas, bolsas de trabajo, becas deportivas y ayudantías. 1.3.5

Dimensiones culturales

Artes: orfeón, grupo de teatro y coral. Deportes: Voleibol, béisbol, ping-pong, fútbol, softball, baloncesto, atletismo, ajedrez, kárate y maratón.

20

1.3.6

Potencialidades agrícolas:

La UPTJAA cuenta con terrenos para la producción agrícola. Tiene grandes extensiones que podrían usar utilizadas para producción de alimentos como también para la cría de avícola y ganadera. 1.3.7

Potencialidades profesionales:

Esta casa de estudios cuenta con una amplia gama de profesores (Técnicos Universitarios, Licenciados, Ingenieros, magister y doctores), quienes cumplen cada día con su gran labor de enseñanza. 1.3.8

Potencialidades técnicas:

La UPTJAA ofrece para una mejor enseñanza a los estudiantes, equipos técnicos en los laboratorios de procesos químicos, en los talleres de mecánica, de soldadura, en las salas de computación, entre otros.

21

1.4 Herramientas para la priorización de problemas Tabla 2. Matriz FODA de la comunidad. FORTALEZAS Existencia

de

OPORTUNIDADES

laboratorio

y

biblioteca.

Realización de PSI las cuales benefician al instituto u otras comunidades

Es una institución universitaria

Participación en distintas actividades

abierta al desarrollo de proyectos.

deportivas y culturales patrocinadas por la institución.

Diversidad de carreras, tanto de tipo científicos como comerciales.

Existencia

de

convenios

con

otras

instituciones.

Existencia de un depósito con

Realización de ferias con la exposición de

fmbdnjfnjds materiales, reactivos e instrumentos

proyectos elaborados con la participación

necesarios para la realización de

de todos los miembros que hacen vida en la

prácticas de laboratorio en el área

institución.

química. DEBILIDADES

AMENAZAS

Deterioro de las adyacencias de la universidad. Falta de acondicionamiento en las

Insuficiencia de transporte para trasladar a

aulas y laboratorios.

los

estudiantes,

personal

docente

administrativo y obrero a la institución. Escasez

de

reactivos

en

los

laboratorios. Fuente: (Equipo investigador, 2018)

22

1.5 Criterios para la priorización del problema Dentro de la Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui, se determinó que existe una variedad de problemáticas que aquejan a la comunidad, entre las que se encuentran:  Falta de aditivos y reactivos en los laboratorios.  Falta de planta de tratamiento de aguas servidas.  Falta de planta de agua potable. En la tabla 3 se exponen los problemas más resaltantes de la comunidad, los cuales se pueden solucionar mediante procesos químicos. Sin embargo, dichos problemas (falta de aditivos y reactivos en los laboratorios, falta de planta de tratamiento de aguas servidas y falta de planta de agua potable) fueron evaluados mediante criterios como: -

Valor del problema para la comunidad afectada: representa la importancia o el impacto con el que afecta el problema a la comunidad.

-

Probabilidades de enfrentarlo con éxito (el problema): hace referencia a la factibilidad del proceso a emplear para la solución del problema y la posibilidad de llevarlo a cabo.

-

Apoyo comunitario e impacto sobre otros problemas: es el apoyo que se percibe de las personas que integran la comunidad afecta y la manera en la que la solución del problema va a influir o beneficiar a la misma comunidad sobre futuros problemas o situaciones que se generen.

Todos estos criterios fueron de vital importancia al momento de elegir aquel problema que tuviese una solución factible al desarrollar y aplicar un Proyecto SocioIntegrador. Cada criterio fue evaluado con una ponderación de 0 a 1, de acuerdo a los cálculos realizados el problema factible a solucionar seria aquel que obtuviera un

23

porcentaje mayor o igual a 70%, resultando en este caso seleccionado la falta de aditivos y reactivos en los laboratorios. 1.6 Selección del Problema Tabla 3. Selección del problema Criterio 1

Criterio 2

Criterio 3

Criterio 4

Valor del problema para la comunidad afectada

Probabilidades de enfrentarlo con éxito

Apoyo comunitario

Impacto sobre otros problemas

Falta de aditivos y reactivos en los laboratorios.

0.9

0.8

0.9

0.7

82.5%

Falta de planta de tratamiento de aguas servidas.

0.7

0.5

0.9

0.7

70%

Falta de planta de agua potable

0.7

0.6

0.8

0.9

75%

Problemas

Sumatoria (Números de criterios favorables /número total de criterios) x100%

DPP

DECISIÓN

Menor de 50%

No elegible

Mayor o igual a 50% y menor de 75%

Medianamente elegible

Mayor igual de 75%

Altamente elegible Fuente: (Equipo investigador, 2018).

24

1.7 Vinculación del problema de selección con el Plan Ley de la Patria La problemática seleccionada para llevar a cabo este Proyecto Socio Integrador está vinculada con el Plan Ley de la Patria en cuanto a su objetivo nacional números 1, 3 y 5 debido a que se trata de un proyecto socio productor, de esta manera los venezolanos seguirán avanzando hasta lograr eliminar la dependencia existente de los países potencia, alcanzando la independencia tecnológica para el desarrollo del país debido a que se producirá nacionalmente un reactivo que es indispensable no solo en los laboratorios para prácticas experimentales sino en las industrias de producción y fabricación de alimentos, pinturas, cosméticos, etc. El Proyecto Socio Integrador contribuye a nivel social con nuestra casa de estudios, al facilitar el acceso de los estudiantes a este reactivo para la realización de prácticas experimentales y a nivel económico con el país ya que al producir tal reactivo en el país no se tendría que importar y le ahorraría dinero a la nación. A su vez se estará realizando una gestión ambiental ya que al aprovechar los desechos de mango se contribuye con el ambiente puesto a que se reciclará un buen porcentaje del desecho orgánico, evitando su descomposición y posterior contaminación al ambiente, preservando de esta manera la vida en el planeta.

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FASE II

EL PROBLEMA

2.1 Planteamiento del problema El mango es el tercer fruto tropical en términos de producción e importancia a nivel mundial, fue traído a Venezuela en 1842 y desde entonces en diferentes regiones del país existe una mayor producción del fruto en relación con el consumo, lo que conlleva a un gran desperdicio del mismo, situación que se presenta en la comunidad de la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui”, donde el fruto en ocasiones al no ser consumido, cae al suelo, se descompone y se termina convirtiendo en un desecho que genera la proliferación de insectos (mosquitos, moscas, entre otros) así como malos olores y contaminación. De allí surge la búsqueda de nuevas alternativas que permitan, a partir de la aplicación de tecnologías, minimizar los residuos generales del mango. El mango es una de las frutas tropicales de mayor consumo fresco en el mundo, presenta un bajo contenido calórico pero un importante aporte de nutrientes así como de proteínas, grasas, fibras solubles (pectinas), ácidos orgánicos (cítrico y málico) y taninos. Además el mango tiene diferentes aplicaciones agroindustriales, uno de los usos más comunes que se le da a este fruto es la obtención de pulpa, la cual se utiliza como materia prima en la producción de otros productos. Una alternativa para el manejo de los residuos de mango que se encuentran en la comunidad es la obtención de subproductos que le aporten valor agregado a tal fruto, como es el caso de la pectina, con la finalidad de incorporarla a otros procesos como aditivo. El interés de trabajar en la obtención de pectina proveniente del mango se debe en gran parte a la importancia de esta sustancia, ya que es ampliamente utilizada en diversas industrias como es el caso de la industria química, la alimenticia,

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farmacéutica, cosmética, entre otras, por sus propiedades espesantes, gelificantes y medicinales. Otro factor de gran relevancia es el hecho de que en Venezuela al menos el 95% de la pectina utilizada en las industrias es importada, lo que aumenta la necesidad de tecnologías que permitan obtener esta sustancia. Es por ello que, basados en las líneas de investigación: “Programa de diseño de optimización de procesos” y “Programa de saneamiento ambiental”, se pretende el diseño y creación de una plata piloto para obtención de pectinas derivadas directamente del mango con el propósito de considerar su utilización como aditivo en la elaboración de otros productos, y en la realización de prácticas experimentales como por ejemplo la determinación de solubilidad y la formación de sales.

2.2 Objetivo general Diseñar una planta piloto para obtención de pectina a partir de residuos de mango en la comunidad de la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui”.

2.3 Objetivos específicos 

Realizar un diagnóstico integral en la comunidad de la UPTJAA El Tigre Edo-Anzoátegui.



Evaluar los diferentes procesos necesarios para la obtención de la pectina que se encuentra en el mango.



Desarrollar un esquema tecnológico para la obtención de pectina a partir de residuos de mangos presentes en la comunidad.



Caracterizar la composición fisicoquímica de la pectina obtenida a partir la materia prima procesada.



Diseñar cada una de las unidades de procesos necesarias para la obtención pectina.



Realizar una evaluación económica de la propuesta.

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2.4 Justificación El nuevo Programa Nacional de Formación (PNF), aplicado a las Universidades, es una estrategia política que atreves de los proyectos de desarrollo endógenos busca involucrar la comunidad universitaria para solucionar problemas que aquejen a la sociedad, Institución Pública o Privada o Empresas de Producción social (EPS). Este programa aplicado también en la Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui de El Tigre, permite a los estudiantes presentar proyectos que servirán de referencia a generaciones futuras de este Centro Educativo, al igual que aumente su credibilidad en la preparación de profesionales. En la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” la producción del mango es de gran cantidad, debido a su capacidad de adaptación a las diversas condiciones del suelo y el clima que presenta la región donde dicha comunidad se encuentra localizada. Al ser un fruto abundante es muy consumido, sin embargo, hay mucha perdida de este, produciendo una gran cantidad de desperdicios orgánicos que pudieran ser aprovechados por sus propiedades nutritivas y ventajas agroalimenticias. Buscando alguna alternativa que permita el aprovechamiento de este recurso y disminuir las molestias que la acumulación en los suelos del fruto descompuesto genera, se propone en concordancia con lo establecido en el Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos, la creación de un proyecto, que permita a partir de nuevas tecnologías la obtención de pectina, la cual a su vez podrá ser utilizada en el desarrollo de nuevos proyectos que requieran la misma como aditivo en la elaboración de productos, también podrá ser utilizado en los laboratorios para llevar a cabo prácticas de tipo experimental, contribuyendo así a la construcción de un nuevo modelo socio productivo basado en una relación armónica con el ambiente de aprovechamiento racional y sustentable de los recursos naturales. 2.5 Alcances Se brindará la disposición de la pectina a los estudiantes de la comunidad de la UPTJAA en especial al área de procesos químicos con la intención de que estos se

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valgan de tal reactivo, para la realización de prácticas experimentales que han sido omitidas por falta de este y así mismo crearles un grado de co nciencia ambientalista al momento de aprovechar recursos naturales como el mango, el cual sería la materia prima a tratar para dicha obtención. Cabe destacar que, a nivel diagnóstico, el alcance del PSI fue el diagnóstico integral de la comunidad para trayecto I. A nivel tecnológico, para el trayecto II el alcance fue los balances de materia y energía correspondientes a cada equipo empleado en el proceso de obtención de pectina y para trayecto III, el alcance del proyecto fue la obtención del producto (pectina) mediante las prácticas experimentales, así como la el sinceramiento de los balances de materia y energía, basados en los datos obtenidos en el laboratorio.

2.6 Limitaciones Arias F. (2012), las limitaciones "Son obstáculos que eventualmente pudieran presentarse durante el desarrollo del estudio y que escapan del control del investigador". Después de lo anterior expuesto, es importante mencionar que todo proyecto está sujeto a limitantes u obstáculos de diferentes índoles, uno de los principales factores a considerar sería la falta de máquinas y equipos especializados en los laboratorios, específicamente, estufas de secado, filtros con 90% de eficiencia, instalaciones de gas.

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FASE III

MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

3.1. Antecedentes de la investigación Koubalal y otros (2014) Realizó un trabajo de investigación titulado: “Evaluación de la factibilidad técnica de obtener pectinas y compuestos fenólicos de las cáscaras provenientes del despulpado de mango”. Medellín, Colombia. Esta investigación se realizó con cáscaras de mangos secas que se acidificaron con ácido sulfúrico, la misma, les permitió evaluar la oxidación de las pectinas antes y después de la absorción de los compuestos fenólicos. Los resultados indicaron que las pectinas extraídas de las cáscaras de mango no se ven tan afectadas por la oxidación como la de las manzanas, ya que las moléculas de los compuestos fenólicos son menos degradables durante la extracción de las pectinas. Constituye una alternativa sustentable que podría considerarse en la industria de procesamiento del mango. A partir de estudio se conoce la factibilidad de trabajar con el mango como materia prima para la obtención de pectina ya que posee menor estado de oxidación con respecto a otros frutos, favoreciendo considerablemente la extracción de dicha sustancia del mango. Ramos y otros (2014): Elaboró un trabajo de investigación que lleva por título: “Aprovechamiento de los residuos obtenidos del despulpado del mango, de las variedades Smith, Tommy, Atkins, Haden y Bocado como materias primas para la obtención de pectinas”. Universidad de Oriente, Anzoátegui, Venezuela. En este trabajo se obtuvieron pectinas de uso agroindustrial utilizando los residuos del despulpado de 4 variedades de mango. Se determinó fisicoquímicamente por hidrólisis ácida con ácido cítrico y precipitación de las mismas con alcohol isopropílico al 70% v/v, con el propósito de efectuar el proceso de obtención de las

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pectinas con insumos accesibles y disponibles en la planta; se evaluaron 3 rangos de pH (2,0, 2,5 y 3,0) y tres tiempos de hidrólisis (40, 60 y 80 minutos); La pectina extraída a pH 1,5 y tiempo de extracción 80 minutos en hidrólisis ácida presentó mayor rendimiento en % de pectina seca. Sin embargo, las pectinas obtenidas de los ensayos a pH 2,0 y tiempos de hidrólisis de 40 y 80 minutos, presentaron características más favorables para la comercialización de la misma. Esta investigación sugiere un procedimiento de extracción a diferentes rangos y tiempos con la finalidad de obtener pectinas con mayor calidad, sirviendo como referencia para el proceso de obtención de pectina que se quiere con el proyecto socio-integrador. Cabarcas (2015). Desarrollo un proyecto titulado:

“Extracción y

caracterización de pectina a partir de cáscaras de plátanos para desarrollar un diseño general de proceso de producción” Universidad de Cartagena, Colombia. El presente trabajo tuvo como objetivo la extracción y caracterización de la pectina a partir de la cáscara de plátano verde. La extracción se realizó mediante hidrólisis ácida con HCl en diferentes condiciones de pH (1,5 y 3,0) durante 60 minutos a 60 y 80ºC. La calidad de la pectina extraída se evaluó midiendo el contenido de humedad, cenizas, metoxilo, acidez libre, peso equivalente y el grado de esterificación, aplicando un análisis por espectroscopia de infrarrojo. El resultado de la extracción a pH 1,5 a 80ºC presentó una composición máxima en base seca (23,06% p/p), pero con mayor contenido de cenizas, humedad y de coloración muy oscura. (1.7% y 6.8%). La pectina obtenida a pH 3,0 y temperatura 60 °C fue la de mejor calidad según los valores de humedad y contenido de cenizas, pero con el más bajo rendimiento. Las condiciones óptimas para un equilibrio entre rendimiento y calidad son pH 1.5 a 60°C debido a que posee características competitivas dentro de su tipo (cenizas 1.3%, humedad 1%, coloración café claro) para ser destinada a industria de alimentos con un alto rendimiento 18.86%.

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El resultado de la espectrometría de infrarrojo para la pectina con óptimas condiciones de equilibrio entre calidad y rendimiento, confirmó que es de gelificación rápida. Las pectinas evaluadas son de bajo metoxilo, de acuerdo a los resultados obtenidos en el contenido de metoxilo. Con referencia las condiciones de laboratorio y al comportamiento de la pectina, se realizó el diseño general, diagrama y descripción detallada de los equipos del proceso de producción de pectina y un análisis económico general en base a los reactivos usados en el laboratorio. La investigación propone un método de extracción ampliamente explicado, mediante un diseño general del proceso que permitió obtener pectina, el cual podría ser utilizado como referencia para el diseño del proceso para la obtención de pectina que se requiere en el proyecto socio-integrador. 3.2. Fundamentación Teórica 3.2.1. Pectina y sus orígenes (Domínguez, 2011) “Las pectinas son polisacáridos, 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 metanol”. (Pagán, 1995). “Es un tipo de fibra viscosa que consiste de cadenas de 300 a 1000 unidades de ácido galacturónico” (Natural Standard, 2009). “Las moléculas tienen un peso molecular de alrededor de 50.000-3000.000 g/mol. La pectina fue descubierta en 1790 cuando Vauquelin encontró una sustancia soluble en el zumo de las frutas” Pagán, 1995; Desorie, 1981 destacaron que: En 1825 el científico francés Braconnot continúo las investigaciones realizadas por Vauquelin y encontró una sustancia ampliamente disponible en los tejidos vegetales y ya observada en el pasado, la cual adquiría propiedades gelificantes cuando se le añadía ácido a su solución. La llamó “pectina ácida”, del griego “pectos” que significa sólido, denso, coagulado.

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(Jarvis y otros, 1988) “Las pectinas constituyen mezclas complejas de polisácaridos que pueden llegar a constituir un tercio del peso seco de la pared celular de las dicotiledóneas y algunas monocotiledóneas”. Posteriormente la pectina fue definida por Kertesz en 1951 como “los ácidos pectínicos solubles en agua de grado de metilación variado que son capaces de formar geles con azúcar y ácido bajo condiciones determinadas”. En cuanto a su obtención Rojas J y otros (2008) determinan cuales son los mejores frutos para obtener pectina: 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. Los subproductos de la industria de zumos de frutas, bagazo de manzanas y albedos de cítricos (limón, limón verde, naranja, toronja), constituyen básicamente las fuentes industriales de pectinas.

3.2.2. Composición y estructura Con respecto a la composición Abzueta (2012) afirma que: La pectina se compone de un conjunto complejo de polímeros ramificados del tipo de los carbohidratos y puede encontrarse de dos maneras en los alimentos, de forma simple cuando se concentra en pequeñas cantidades y en forma de gel cuando está en grandes dosis. Estos compuestos tienen propiedades de formar gel en un medio ácido, que conjuntamente con azúcares poli hidrolizados, son utilizados en la industria alimenticia como agente gelificante y espesante, en la industria farmacéutica, cuando se requiere modificar la viscosidad en sus productos; y también como inhibidor en la formación de hidratos de carbono, en los procesos de explotación de gas natural. (Pág. 6). (Charley, 1997) “Químicamente hablando, se puede decir que las sustancias pécticas son ácidos pectínicos de alto peso molecular o polímeros compuestos principalmente de unidades de (1,4)-£-D-galacturonapiranosilo, con porciones variables de los grupos carboxilo esterificados (en el C6) con alcohol metílico”. (Fennema, 1993). “Específicamente, los ácidos pectínicos que tienen más de la mitad 33

y hasta tres cuartas partes de los grupos esterificados en esa forma se denominan pectinas”. De acuerdo a su estructura Pagán (1995) describe que: La estructura de las pectinas se encuentra conformada aproximadamente por unas 150 a 500 unidades de ácido galacturónico parcialmente esterificado por un grupo metoxilo, contiene también restos de L-ramnosa unidas al extremo reductor del ácido galacturónico (Figura 2) por enlaces (1£ - 2β) y al extremo no reductor del siguiente residuo urónido por enlaces (1β 4£) (Pág 8). (Serra y otros., 1992) “Además, se encuentra ramificada con cadenas laterales compuestas mayoritariamente por β-D-galactopiranosa y £-arabinofuranosa”. (Dominic, 1989; Kimball, 1999). “También se ha detectado en las cadenas secundarias de las sustancias pecticas la presencia de otros monómeros como, galactosa, arabinosa, ácido glucurónico, xilosa y fucosa, entre otros monosacáridos”. Figura 1. “Estructura y estudio de la pectina”

Fuente: (Orta, D. 2017)

Sharman y otros (2006); De Vries y otros (1983) describieron con exactitud la estructura esquelética de la pectina: Las pectinas son heteropolisacáridos que pueden contener dos regiones bien definidas. Una región lisa o homogalacturano, la cual consiste como ya se mencionó, en un esqueleto de residuos de ácidos D-galacturónico unidos mediante enlaces (1,4)-£, los cuales pueden estar acetilados en el carbono C2 o C3, o metilados en el C6 y una región rugosa o ramnogalacturonano I, consistente en un heteropolímero en el que los residuos de ácido D-galacturónico del esqueleto de la pectina están interrumpidos por residuos de Lramnosa unidos por enlaces (1,2)-£, a las cuales se pueden unir cadenas largas de arabinano y galactano en el carbono C4 (Pág 2). 34

(Sharman y otros., 2006; Pérez y otros., 2000) “El ramnogalacturonano II, es un polisacárido de 30 unidades que contiene un esqueleto de ácido galacturónico, sustituido por 4 cadenas laterales ramnosa, arabinosa y azúcares no comunes como, apiosa y metilfucosa”. Figura 2. Estructura esquelita de la pectina.

Fuente: (Willats y otros, 2016)

3.2.3. Propiedades fisicoquímicas de la pectina 

Solubilidad: “el agua es el mejor solvente para las pectinas también es soluble en formamida, dimetilformamida y glicerina caliente” (Acosta, G., 1984). “La pectina es insoluble en solventes orgánicos y en soluciones de detergentes cuaternarios, polímeros, proteínas y cationes polivalentes; porque éstos agentes precipitan la pectina de las soluciones después de un proceso de hidrólisis por tratamiento de la materia prima” (Rincón, L., 1990).



Acidez: “las pectinas son neutras en su estado natural, en solución su carácter ácido depende del medio y del grado de esterificación. El pH de las soluciones de pectina varía entre 2.8 y 3.4 como función del grado de esterificación”. (Cayón, G., 2004).

En el estudio de las propiedades de la pectina Cayón, G. (2004) determinó:

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Viscosidad: las pectinas forman soluciones viscosas en agua, esta propiedad depende del grado de polimerización de la pectina, el pH, la temperatura, la concentración y la presencia de electrolitos. En las pectinas con alto grado de esterificación, la viscosidad por efecto de su presencia aumenta al aumentar el peso molecular, los grupos laterales y la concentración de la pectina en solución. El calcio y otros iones polivalentes aumentan la viscosidad de las soluciones de pectinas y algunas pectinas de bajo metoxilo pueden gelificar si la concentración de calcio supera un cierto límite. Poder de gelificación: para las pectinas con alto metoxilo, se considera que a un pH de 3.4 por lo menos un 40% de los ésteres metílicos están desesterificados y por lo tanto será difícil lograr la formación de un gel estable con presencia de concentraciones de 65% de azúcares. En el caso de las pectinas de bajo metoxilo, los geles son menos rígidos y se pueden trabajar con menos sólidos solubles, no dependen tanto del pH, de hecho, se pueden obtener buenos geles entre valores de pH de 2.5 y 6.5, pero requieren calcio en una concentración adecuada que varía entre 0.01 y 0.1% p/p en base húmeda. Peso molecular: el peso molecular de la pectina, relacionado con la longitud de la cadena, es una característica muy importante de la que dependen la viscosidad de sus disoluciones y su comportamiento en la gelificación de las jaleas. La determinación cuidadosa del peso molecular es difícil, parcialmente debido a la extrema heterogeneidad de las muestras y a la tendencia de las pectinas a agregarse, aún bajo condiciones no favorables a la gelación. Los pesos moleculares de pectinas y su distribución fueron estudiados sistemáticamente por viscosimetría y determinaron que los pesos moleculares variaban de 20000 a 300000. Acción de las bases: la adición de hidróxido de sodio permite obtener primero las sales ácidas, luego los pectinatos neutros y después ocurre el fenómeno de demetoxilación o sea rompimiento de los ésteres metílicos. Los grupos éster pueden ser separados de la molécula aun a baja temperatura, sin despolimerización. Acción de los ácidos: solubilizan la protopectina, por esta razón se emplea medio ácido controlado en los procesos de extracción de la pectina; aceleran la separación de los metoxilos, si su efecto se continúa se afectan los enlaces glicosídicos 1 – 4 y se pueden 36

romper, y a un pH fuertemente ácido, temperaturas altas y tiempos largos, se presenta la descarboxilación con formación de CO2 y furfural (McReady R.M. y Owens H.S., 1944) A bajas temperaturas predomina la saponificación y altas temperaturas la despolimerización. Acción de las enzimas: sobre las pectinas pueden actuar la pectinmetilesterasa (PME) y la poligaractunosa (PG). La primera ataca a los grupos carboxilo esterificados con metanol liberando los grupos ácidos y el metanol, y la PG ataca las uniones de las unidades de ácido galacturónicos disminuyendo el peso molecular, cambiando así todas las propiedades que dependen de estas características. Las enzimas pectinolíticas son producidas por hongos y bacterias, para fabricar industrialmente pectinas con características especiales. 3.2.4.

Clasificación de las pectinas

Bravo, (1981) Kashyap y Col., (2001). Determinaron que las pectinas de acuerdo a las modificaciones que sufren en su cadena se clasifican en: Protopectina está constituida por una matriz de sustancias pécticas que por un proceso de hidrólisis da origen a la pectina o al ácido pectínico. Con el término de protopectina, se describen las sustancias pecticas que se encuentran en los tejidos vegetales y son insolubles en agua y de las cuales posteriormente se forman las sustancias pecticas solubles. Las protopectinas, extraíbles con soluciones alcalinas o ácidos diluidos en caliente, presentan una estructura de la molécula similar, pero con un alto contenido de azúcares neutros, principalmente galactosa y arabinosa. La dificultad de la extracción de la protopectina puede ser debida a los puentes ácidos o básicos que anclan a la protopectina en la matriz de la pared. Gran parte de las cadenas de protopectina se encuentran en la pared primaria y secundaria, el resto se encuentra en la lámina media. Mientras que las pectinas solubles en agua y en quelantes derivan de la lámina media.

Bravo, (1981) Kashyap y Col., (2001) establecieron que las pectinas se pueden clasificar en: Ácidos pectínicos: son ácidos poligalacturónicos con cantidades variables de grupos metilos esterificados con los grupos carboxilo del C6. Las sales de los ácidos pectínicos, son

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denominadas pectinatos. Tienen la propiedad de formar geles con azúcares, ácidos y cuando los contenidos de metilo son muy bajos tienden a formar geles con sales de calcio cabe destacar que son galacturonatos que no contienen grupos metilos. También se les denomina ácidos poligalacturónicos. A las sales que conforman se les llama pectatos o ácidos poligalacturonatos y Pectinas: constituyen aquellas sustancias pecticas de composición variable, cuyo componente principal son los ácidos pectínicos solubles en agua, de contenido de metoxilo y grado de neutralización variables. Poseen la capacidad de formar geles con azúcares y ácidos en condiciones adecuadas. Generalmente, presentan entre 60 a 70% de sus grupos carboxilos esterificados con metanol. De acuerdo a su proceso de extracción de la pared celular se clasifican en: • Pectinas solubles en agua: son extraíbles en agua o soluciones salinas. Están conformadas primordialmente por homogalacturano y el ácido galacturónico está esterificado con alcohol metílico, variando el grado de esterificación de la pectina de acuerdo a su origen. • Pectinas solubles en quelantes: extraíbles mediante soluciones de agentes quelantes de calcio como el EDTA (ácido etilendiaminotetracético), CDTA (ácido ciclohexanodiaminotetraacético) o hexametafosfato de sodio. Su composición es muy similar a las pectinas solubles en agua; sin embargo, se diferencian en que pueden presentar un 2% de ramnosa, sustituyendo principalmente al ácido galacturónico en la cadena principal y de 10 a 20% de otros azúcares en las cadenas laterales. 3.2.5.

Grado de esterificación

Las pectinas poseen un grado de eterificación y Turquois y Col, (1999) lo definió como: El grado de esterificación dependerá del origen de la pectina y del método utilizado para su extracción. En tal sentido, los grupos carboxilos de los ácidos galacturónicos presentarán un grado variable de esterificación con metanol y a su vez pueden estar parcial o completamente neutralizados por iones de sodio, potasio o amonio.

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El grado de metilación o esterificación constituye un factor importante para la caracterización y determinación de la aplicación de la pectina. Se puede definir como, el número de moles de metanol por 100 moles de ácido galacturónico. De acuerdo a este criterio, se pueden clasificar en 2 grupos: • Pectinas fuertes metiladas (HM): con un grado de esterificación (DE) superior a 50%, gelifica en un medio con un contenido de sólidos solubles (generalmente azúcar) superior al 55 %, a un pH entre 2.0 – 3.5. Este tipo de pectinas es común en la cáscara de la naranja. • Pectina débilmente metiladas (LM): con un grado de esterificación (DE) menor al 50%. Su gelificación se controla introduciendo iones calcio en el sistema y tiene lugar a pH: 2.5 a 6.5, en un medio con 10-20% de sólidos solubles. A su vez se pueden distinguir: -Pectinas no amidadas - Pectinas amidadas: son desmetoxiladas con amoníaco (Kimaball, 1999; Dominic y Wong, 1989; Devia, 2003). 3.2.6.

Extracción de pectinas

Para llevar a cabo la extracción de la pectina Devia (2003); Sharma y otros, (2006) definio que: Existen una gran cantidad de frutas que constituyen una buena fuente de pectinas de alta calidad, como la manzana, el limón, toronja y lima, grosellas, arándanos, mangos, uvas, guayabas, ciruelas, frambuesas, entre otras. La cantidad de material péctico que se puede obtener varía con cada fruta, con los tejidos de esa fruta en particular y su estado de madurez. La cáscara, el área central, y el albeodo (en el caso de las frutas cítricas) son las fuentes más ricas en pectina. Generalmente los procedimientos de fabricación se basan en una hidrólisis, separación y la recuperación. Sin embargo, existen diversos procesos para obtener pectinas, y dependiendo de cada uno de ellos se obtendrán productos con características diferentes que determinaran su calidad, es decir, el método de obtención influye sobre el tipo de pectina a obtener.

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La ventaja de realizar la extracción de pectinas con ácidos diluidos en caliente y posteriormente precipitarlas en alcohol, reside en que el producto obtenido puede ser convenientemente modificado a pectinas de alta metoxilación, usando tratamientos con ácidos, o a pectinas de baja metoxilación con tratamientos de amoníaco. Sin embargo, presenta la desventaja de que el aporte de hidrógenos tiende a reforzar los puentes de hidrogeno entre los componentes que constituyen la pared celular del material vegetal, lo cual dificulta el proceso de extracción de las pectinas. En este mismo orden de ideas (Sharman y Col, (2006); Devia (2003) pudieron determinar y definir que: A nivel industrial las pectinas se extraen mayormente de cítricos y manzanas mediante agua acidulada en caliente. Las condiciones de extracción que suelen aplicarse son, rangos de pH entre 1,5 – 3,0 y temperaturas que varían de 60 a 100 ºC por 0,5 a 6 horas; las variaciones se ajustan dependiendo de las propiedades que se desean obtener en la pectina a extraer. El problema que suele presentarse, se debe en lograr el desprendimiento de la pectina del material vegetal. Para alcanzar una mayor extracción se suelen moler y aplicarle presión al material vegetal, posteriormente se filtra y el extractante se hace precipitar con etanol. Sin embargo, esto ocasiona una coprecipitaciòn de las proteínas intercelulares, almidones y ácidos nucleicos. Otros métodos de extracción se tienen: - Un proceso patentado (U.S.Patent 6, 207,194 y U.S. Patent 6, 159,503), el cual consiste en transformar la materia prima en una sal cálcica de la pectina en un medio líquido, posteriormente se seca y así obtener un mejor pectinado. - La pectina también puede hidrolizarse y extraerse del tejido vegetal sin necesidad de adicionar ácido. De esta manera se logra obtener pectinas con un alto contenido de metoxilos, que luego son recuperadas por concentración y secado. - Existe un método, el cual consiste en poner la materia prima en contacto con una proteína comestible, soluble en agua para solubilizar la pectina, y luego precipitarla con ayuda de un solvente. - (Devia, 2003): utilizando la biotecnología se pueden preparar pectinas, el mismo consiste en someter el tejido vegetal que contiene las sustancias pécticas a la

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acción de microorganismos, la actividad que realizan permite la liberación y recuperación de las pectinas. - (Devia, 2003). “Se ha reportado, que se pueden obtener pectinas de buena calidad a partir del material vegetal aplicándole presión y con calentamiento por microondas”. - (Pagán, 1995) “También pueden ser extraídas utilizando enzimas, como las enzimas galacturonasas, presenta la ventaja de conservar intactos el “flavor”, los pigmentos y los compuestos activos celulares”. Las tecnologías para extraer las pectinas han sufrido algunos cambios, con la finalidad de minimizar costos, mejorar la calidad de las pectinas obtenidas y adecuar los procesos a las normativas ambientales. 3.2.7.

Aplicaciones de las pectinas

Pérez y Otros (2000) pudo determinar y definir que: Gran parte de la importancia de este aditivo en la industria de alimentos se debe a sus propiedades espesantes y gelificantes en productos tales como: gelatinas, mermeladas, jaleas, gomas, usos en repostería, conservas vegetales y productos lácteos, Actualmente las pectinas también se utilizan como fibras nutricionales y para la producción de proteína unicelular. Recientemente, se ha incrementado su utilización tanto como fuente de energía, como de materia prima para procesos industriales. (Pagàn, 1995; Hoondal y otros., 2002) “Las pectinas se utilizan también en el sector farmacéutico como agentes desentoxificantes, siendo conocidas por sus efectos antidiarreicos, gastritis y ulcera”. De esta forma Hoondal y otros, (2002) pudo establecer que: La pectina en forma de carbohidrato coloidal actúa como lubricante en los intestinos al recubrir la mucosa con polisacáridos y promover el peristaltismo sin causar irritación, siendo adecuada como aditivo en la comida de bebés. La pectina reduce la toxicidad de algunos fármacos y prolonga su actividad sin disminuir los efectos terapéuticos. Los microglóbulos de pectina gelatinizada

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pueden también utilizarse en quimioterapia de cánceres localizados como sistema de liberación intravascular de fármacos. 3.2.8.

Mangifera Índica (mango)

Avilán y Otros (1993); Terranova Editores (1995) describieron que: El mango (Mangifera índica L.) pertenece a la familia botánica de las Anacardiáceas (Anacardiaceae), es una de las frutas tropicales de mayor consumo fresco en el mundo. Su producción se extiende a lo largo de la franja intertropical,Es un cultivo perenne de floración estacional, cuyos árboles jóvenes inician su producción generalmente entre el tercer y cuarto año dependiendo de la variedad. Cabe resaltar que Avilán y Rengifo, (1990); (INCA, 2004) mediante un estudio realizado pudieron establecer que: En Venezuela, casi todos los cultivos florecen durante los meses de diciembre, enero y febrero y se cosecha de abril a julio, dependiendo del cultivar y de las condiciones agroecológicas de la zona El árbol crece hasta 15 m de altura y forma una amplia copa con numerosas ramas altas y abiertas. El fruto clasificado como una drupa que encierra un hueso aplanado rodeado por una cubierta leñosa, es de forma muy variable, pero generalmente es ovoide, oblongo o arriñonado, a veces redondeado u obtuso en ambos extremos, de 5 a 15 cm de longitud. Las propiedades organolépticas del fruto como: color, aroma, sabor y olor de la pulpa tienden a presentar versatilidad dependiendo de la variedad del mango. Sin embargo, suelen ser, verdes, amarillos, diferentes tonalidades de rojo, mate o con brillo cuando están maduros. Su pulpa, de color amarillo intenso a casi anaranjada, con un sabor muy dulce y aromático. 3.2.9.

Propiedades Nutricionales

Todas las frutas poseen distintas propiedades nutricionales Rivas (1984); Cevallos (2006) estipularon que: El mango presenta un bajo contenido calórico, debido a su moderado contenido de carbohidratos. Contiene un adecuado aporte de minerales como potasio, calcio y magnesio. En cuanto a las vitaminas, los frutos maduros son una importante fuente de provitamina A, vitamina C y betacarotenos. También es una fuente importante de vitamina E y folatos, y en menor medida otras 42

vitaminas como B2 y niacina. Entre los minerales que contiene el mango destacan el potasio y el magnesio, aunque presenta pequeñas cantidades de hierro, fósforo y calcio, siendo una buena fuente de estos nutrientes. De igual manera, constituyen un gran aporte de proteínas, grasas, fibras solubles (pectinas), ácidos orgánicos (cítrico y málico) y taninos. 3.2.10. Aprovechamiento industrial Cuando se trabaja con una materia prima natural como lo son las frutas es necesario aprovecharla al máximo Berardini y Otros, (2005) comprobaron que: El mango tiene diferentes aplicaciones agroindustriales. Uno de los usos más comunes que se le da a este fruto es la obtención de pulpa, la cual se utiliza como materia prima en la producción de otros productos tales como; jugo de mango, néctar de mango, vino de mango, mango deshidratado u orejones, helados de mango, conservas de mango, dulces enlatados, salsas, yogurt de mango, mermeladas de mango, entre otros. Además, de la elaboración de la pulpa de mango se pueden obtener varios productos secundarios, ya que la parte comestible representa un 33– 85% aproximadamente de la fruta fresca, mientras que la cáscara y la semilla cerca de un 7 – 24 % y 9 – 40 % respectivamente. Estos subproductos o productos secundarios se obtienen de los desechos del procesamiento del mango (cáscaras y semillas), los cuales constituyen un problema de disposición de los mismos si no van a ser usados para la alimentación animal, de allí que muchos investigadores en búsqueda de un aprovechamiento integral del mango que implique una producción sustentable han desarrollado varias propuestas. Por ejemplo, las semillas del mango pueden ser usadas para la obtención de grasas, antioxidantes naturales, almidones, harinas, aceites y piensos para animales. En el caso de las cáscaras, éstas son usadas para producción de biogás, fibra dietética con una alta actividad enzimática, otros estudios han demostrado la posibilidad de utilizar las cáscaras del mango como fuente para la obtención de pectinas.

3.3.

Fundamentación Legal

La fundamentación legal sustenta este proyecto se basa en un artículo 127 la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela lo cual está contemplado el título III, capítulos IX de los derechos ambientales, el cual expresa que:

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Es un derecho y un deber de cada generación proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda persona tiene derecho individual y colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado. El Estado protegerá el ambiente, la diversidad biológica, los recursos genéticos, los procesos ecológicos, los parques nacionales y monumentos naturales y demás áreas de especial importancia ecológica. El genoma de los seres vivos no podrá ser patentado, y la ley que se refiera a los principios bioéticos regulará la materia. Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación de la sociedad, garantizar que la población se desenvuelva en un ambiente libre de contaminación, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean especialmente protegidos, de conformidad con la ley. El proyecto socio- integrador tiene el deber de mantener, cuidar y colaborar con nuestro ambiente. Por lo cual a la hora de ejecutar el mismo, y en cumplimiento con el artículo 127 se debe tomar en cuenta como este podría afectar la comunidad y sus alrededores, todo esto con la finalidad de lograr un óptimo desarrollo del proyecto y la obtención de pectina, sin afectar el ambiente. 3.3.1. Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación Artículo 5: Las actividades de ciencia, tecnología, innovación y sus aplicaciones, así como, la utilización de los resultados, deben estar encaminadas a contribuir con el bienestar de la humanidad, la reducción de la pobreza, el respeto a la dignidad, a los derechos humanos y la preservación del ambiente. El proyecto pretende obtener resultados que contribuyan al país, económicamente y ambientalmente. La pectina al ser 100% orgánica permite la realización del proyecto manteniendo el equilibrio entre lo que se desea lograr y el respeto al ambiente. Artículo 27: Actividades consideradas como factibles de ser llevadas a cabo con los aportes a la ciencia, la tecnología, la innovación y sus aplicaciones. A los fines de la presente Ley, las siguientes actividades serán consideradas como

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factibles de ser llevadas a cabo con los aportes a la ciencia, la tecnología, la innovación y sus aplicaciones: 1-. Proyectos de innovación relacionados con actividades que involucren la obtención de nuevos conocimientos o tecnologías en el país, con participación nacional en los derechos de propiedad intelectual, en las áreas prioritarias establecidas por la autoridad nacional, con competencia en materia de ciencia, tecnología, innovación y sus aplicaciones: a. Sustitución de materias primas o componentes para disminuir importaciones o dependencia tecnológica. b. Creación de redes productivas nacionales. c. Utilización de nuevas tecnologías pura incrementar la calidad de las unidades de producción. d. Participación, investigación e innovación de las universidades y centros de investigación e innovación del país, en la introducción de nuevos procesos tecnológicos, esquemas organizativos, obtención de nuevos productos o de procedimientos, exploración de necesidades y, en general, procesos de innovación con miras a resolver problemas concretos de la población venezolana. e. Formación de cultores o cuadros científicos y tecnológicos en normativa, técnicas, procesos y procedimientos de calidad. f. Procesos de transferencia de tecnología dirigidos a la producción de bienes y servicios en el país, que prevean la formación de cultores o cuadros científicos y tecnológicos en lo técnico, operativo, profesional y científico. El presente artículo, específicamente en la sección 1.d. donde se promueve la participación de las universidades con respecto a la investigación e innovación de obtención de productos guarda relación con el proyecto socio – integrador ya que con el mismo se pretende el diseño de un proceso que permita la obtención pectina, con la finalidad de resolver la problemática de dependencia a otros países respecto a esta sustancia.

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3.3.2. Ley de Residuos y Desechos Sólidos Artículo 1. La presente Ley tiene por objeto el establecimiento y aplicación de un régimen jurídico a la producción y gestión responsable de los residuos y desechos sólidos, cuyo contenido normativo y utilidad práctica deberá generar la reducción de los desperdicios al mínimo, y evitará situaciones de riesgo para la salud humana y calidad ambiental. En relación con el proyecto, se llevará a cabo la producción de pectina a partir de los residuos orgánicos del mango, teniendo así la obtención de dicho producto y disminuyendo desechos, contribuyendo con la calidad ambiental y la reducción de estos para dar paso a innovaciones responsables con el planeta. 3.4.

Definición de Términos Básicos

Ácido: Compuesto químico que por lo general es disuelto en agua y genera una solución, cabe destacar que posee un pH menor que 7 Alcalino: Son los metales el grupo 1A del sistema periódico: sodio, potasio, litio, rubidio, y francio. Excepto el francio, los metales alcalinos son todos argénteos y blandos, puede fundirse y volatizarse con facilidad; sus puntos de ebullición y fusión van siendo más bajos al aumentar el peso atómico. Benceno: El compuesto aromático más simple con un anillo de átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno; una de las materias primas más importantes para la industria química. Compuestos fenólicos: Son aquellas sustancias cuya estructura tiene uno o más anillos aromáticos (benceno) con, al menos, un sustituyente hidroxilo. Si en el benceno se sustituye un hidrógeno por un hidroxilo se obtiene un fenol. Enzimas: Uno de los grupos de sustancias orgánicas complejas generadas en las células vivientes de las plantas y animales, son catalizadores necesarios para reacciones químicas de procesos biológicos. Galacturónico: Agregado que se encuentra como primordial componente de las pectinas de las plantas.

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Hidrólisis: Reacción química en la que el agua actúa sobre otras sustancias para formar una o más sustancias enteramente nuevas. pH: El valor que representa la acides su acidez o alcalinidad de un componente químico. El intervalo habitual del pH es aproximadamente para 1 para HCl o 1 N hasta aproximadamente 13 para NaOH. El pH de una solución neutra es 7,0 a 25ºC Planta piloto: Es una planta diseñada para un proceso a escala reducida. Esta brinda información sobre el desarrollo y producción de un producto para probar su aceptación, sobre el comportamiento de una reacción en condiciones que no se pueden duplicar en el laboratorio o sobre el grado de pureza y separación de productos. Sinéresis: Contracción de un gel en reposo con exudación de líquido. Ejemplo son las separaciones de sueros de los coágulos de sangre o del suero de la leche en la fabricación de quesos. Uránico: Tipo de compuesto similares a los azucares pero que difieren de ellos en que el carbono terminal ha sido oxidado de alcohol a grupo carboxilo; los que se encuentran más corrientemente son los ácidos gelacturonicos y glucuronicos.

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FASE IV MARCO METODOLÓGICO 4.1 Tipo de investigación El nivel de investigación que abarca el Proyecto Socio Integrador “Diseño de una Planta Piloto para la obtención de pectina a partir de residuos de mango en la comunidad de la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” a nivel diagnóstico es la investigación descriptiva la cual “Consiste en la caracterización de un hecho o fenómeno para así establecer su estructura o comportamiento de forma independiente en la cual los investigadores se encargarán de recoger datos que sustentan a la problemática”. (Arias F, 2012). Se afirma que la investigación es descriptiva ya que se investigó a profundidad sobre la comunidad, el mango, la pectina y sus diferentes procesos de extracción, la información recolectada se analizó y se obtuvo un diagnóstico integral, el cual describe las diferentes características presentes en la comunidad, así como también se establece la necesidad de proyectos que promuevan la obtención de aditivos como pectina y las ventajas y beneficios que esto pudiera suponer para la comunidad. Sin embargo, para efectos de la fase tecnológica se ha abordado el tema con un mayor grado de profundidad, pasando a ser una investigación de tipo explicativa. En este orden de ideas, Arias F. (2012) define la investigación explicativa de la siguiente manera: Es la que se encarga de buscar el porqué de los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la determinación de las causas (investigación post facto), como de los efectos (investigación experimental) mediante la prueba de hipótesis.

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Durante el avance del proyecto se ha llevado a cabo la determinación de las causas y efectos mediante la prueba de hipótesis debido a que sus resultados y conclusiones constituyen el nivel más profundo de conocimientos. Se afirma que la investigación es explicativa ya que luego de realizar una revisión bibliográfica profundizada y sustentar mediante balances de materia y energía la factibilidad del proceso, se procede a explicar cómo, mediante la manipulación directa de la cáscara del mango en laboratorio, se logra la obtención de pectina, estableciendo así una relación causa-efecto. 4.2 Diseño de investigación El Proyecto Socio Integrador “Diseño de una planta piloto para la obtención de pectina a partir de residuos de mango en la comunidad de la Universidad Politécnica Territorial

“José

Antonio Anzoátegui” El Tigre Municipio Simón

Rodríguez, se realizará para atenuar la crisis existente en cuanto al reactivo pectina en los laboratorios de la universidad, para ello se toma como estrategia general, a nivel diagnóstico, el diseño de campo o la investigación de campo la cual “Consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información pero no altera las condiciones existentes” (Arias, Fidias 2012). Para Arias, Fidias (2012) “Son los datos primarios obtenidos a través del diseño de campo, los esenciales para el logro de los objetivos y la solución al problema planteado”. Claro está que previo a la investigación de campo se emplean datos secundarios provenientes de la investigación documental, que abarca un proceso basado en la búsqueda, recuperación, análisis, criterio e interpretación de datos obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes documentales. Se afirma que el diseño es de campo ya que mucha de la información y procedimientos llevados a cabo para la estructuración del proyecto, fueron proporcionados por fuentes bibliográficas y por profesionales que hacen vida en la comunidad. Sin embargo, la estrategia empleada, a nivel tecnológico, para llevar a 49

cabo la realización óptima del PSI es experimental, la cual, “es un proceso que consiste en someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas condiciones, estímulos o tratamiento (variable independiente), para observar los efectos o reacciones que se producen (variable dependiente)”. En tal sentido, el proyecto planteado realizará la recolección de la cáscara del mango como muestra, para posteriormente ser manipulado y lograr la obtención de pectina, cuya caracterización y análisis de resultados serán llevados a cabo en los laboratorios de la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui”, donde a su vez podrá ser utilizada la pectina como aditivo en la realización de diversas prácticas de laboratorio, y a partir de los resultados experimentales validar los balances de materia y energía correspondientes a cada una de las unidades de proceso. 4.3 Población “Población es el conjunto de elementos con características comunes que son objetos de análisis y para los cuales serán válidas las conclusiones de la investigación” (Arias, 2012). En base a lo anterior la población de este proyecto de investigación está representada por los desechos de mango presentes en la comunidad de la UPTJAA, siendo este un estimado de 30kg. 4.4 Muestra Arias, F (2012) “Es un subconjunto representativo de la población”. Mientras Hurtado, (2013). La muestra es obtenida con el fin de investigar a partir del conocimiento de sus características particulares. Se establece como muestra la cantidad de materia prima que será procesada para obtener el reactivo pectina, siendo la misma 6Kg de cascaras de mango. 4.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos Arias, F (2012). Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener información. En este orden de ideas, “Se entenderá por técnicas de recolección, el procedimiento o forma particular de obtener datos o información”.

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En el Proyecto Socio Integrador “Diseño de una plata piloto para la obtención de pectina a partir de residuos de mango” se puede encontrar entre las técnicas de recolección de datos aplicadas; la observación directa, es definida por (Arias, 2012), como “Aquella que se realiza cuando el investigador observa de manera neutral, sin involucrarse en el medio o realidad en la que se realiza el estudio” en donde se obtiene conocimiento acerca de la problemática que presenta la institución (UPTJAA) en los laboratorios respecto a la deficiencia de aditivos como la pectina. De igual modo, se utilizó la entrevista como técnica de recolección de datos, definida como “Una técnica basada en un diálogo o conversación cara a cara, entre el entrevistador y el entrevistado” (Arias, 2012), para la cual se abordaron a profesores de laboratorio, mediante ésta se obtuvo información sobre la pectina, su proceso de obtención, sus diversos usos en cuanto a la fabricación de productos. Es por ello que se toma la decisión de diseñar una planta piloto para la obtención de dicha sustancia, la cual podrá ser utilizada en los laboratorios de procesos químicos. Tamayo y Tamayo, (2014). El análisis documental o revisión bibliográfica es una técnica de complementaria, la cual permite hacerse una idea del desarrollo y las características de los procesos y también de disponer de información que confirme o haga dudar de lo que el grupo entrevistado ha mencionado. Basándose en esta técnica, se indagó en revistas científicas y algunas tesis cuyo contenido se basa en trabajos experimentales con pectina, algunos sencillamente fueron realizados con el objetivo de llevar a cabo su proceso de obtención mientras que los otros se realizaron con el fin de elaborar distintos productos, siendo uno de ellos jarabes para animales a distintas concentraciones. Posterior a la lectura y análisis de cada documento una vez verificada su confiabilidad, en cuanto a sus fuentes, se registraron los datos obtenidos, en cuanto a sus propiedades físicas (olor, color y sabor) y sus propiedades químicas (fórmula, punto de descomposición, densidad y pH). Arias, F (2012). Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recopilar la información. Es decir, “Un instrumento de recolección de datos es cualquier recurso, dispositivo o formato que se utiliza para obtener, registrar o

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almacenar la información” Para la recopilación, almacenamiento y posterior análisis de información, se utilizaron computadores con acceso a internet, libros, enciclopedias, revistas, trabajos de grado y pendrives. Como técnica de recolección de datos también se destacan los experimentos a nivel de laboratorio, los cuales Sampieri (2013) define como: El experimento científico es aquel en que se involucra la manipulación intencional de una acción para analizar sus posibles efectos, es decir, es un estudio de investigación en que se manipula deliberadamente una o más variables independientes (supuesta causa) para analizar las consecuencias de esa manipulación sobre una o más variables dependientes (supuesto efecto) dentro de una situación de control para el investigador. Ramírez, E. (2014). Los experimentos son los medios más característicos y clásicos para soportar y validar una investigación científica. El tipo de experimento realizado para la obtención de pectina en este PSI fue de tipo confirmatorio, el cual “se caracteriza por poseer una recolección de datos relevantes sobre el problema, permitiendo que el experimentador sea capaz de formular hipótesis de naturaleza definida”. La técnica o metodología aplicada (procedimiento experimental) para la recolección de datos en la obtención de pectina a partir de la cáscara del mango, fue empleada por Ramos (2009) y se realizó mediante hidrólisis acida se describe a continuación: El mango fue recogido de forma manual para verificar la ausencia de cualquier agente contaminante, como insectos, que pudiese afectar el proceso, dicha materia se sometió a un proceso de despulpado para extraer las cascaras (elementos a procesar), las mismas fueron lavadas para retirar todo tipo de residuos e impurezas presentes. Posteriormente, se pesó la muestra de inicio. En un beacker de 1000 ml se agregó a 50g de materia vegetal una solución de agua acidulada con HCl hasta alcanzar un pH de 2,2. La muestra se colocó sobre una plancha de calentamiento, por un lapso de 90 minutos, a una temperatura máxima de 85°C que permaneció constante.

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Transcurridos los 90 minutos con un monitoreo continuo de la temperatura, el extracto líquido se separó de la materia vegetal por medio del filtrado al vacío. Al extracto líquido se le añadieron 200 ml de etanol al 99% para promover la precipitación de la pectina. La solución se dejó reposar por un lapso de 3 horas. La materia vegetal ya filtrada, se pesó, y se calculó el % rendimiento. Luego de transcurrir las 3 horas, el precipitado obtenido se decantó para separar la fase densa después de la precipitación donde el precipitado rico en pectina se concentró exponiéndolo a temperatura ambiente para su posterior análisis. Finalmente, la pectina húmeda fue pesada para ser expuesta a un proceso de secado a una temperatura inferior de 40°C obteniendo así el producto final. Nota: Se repitió la prueba 4 veces (2 de ellas a diferentes pH y temperaturas), a fin garantizar la validez de los rendimientos obtenidos. 4.6 Validez de contenido y confiabilidad de los instrumentos Para Hernández, R. y otros (2013) “toda medición o instrumento de recolección de los datos debe reunir dos requisitos esenciales: confiabilidad y validez”. La validez “se refiere al grado en que un instrumento realmente mide la variable que pretende medir” (Hernández, R. y otros 2013) y la confiabilidad de un instrumento de medición “se refiere al grado en que su aplicación repetida al mismo sujeto u objeto, produce iguales resultados” (Hernández, R. y otros 2013). 4.6.1. Validez de Contenido Los autores concuerdan que en la validez pueden relacionarse diferentes perspectivas: validez real, validez de contenido, validez de criterio, validez de constructo. La validez real consiste en tener una idea clara de la variable que debe medirse y evaluar, si las preguntas o equipos de instrumentos verdaderamente la miden. La validez de contenido se refiere al dominio específico del contenido de lo que se mide. La validez de constructo concierne la perspectiva científica y está referida al grado en que una medición se relaciona consistentemente con otras mediciones, de acuerdo con hipótesis derivadas teóricamente y que correspondan a los conceptos que están siendo medidos (Hernández, R. y otros 1997 p. 24). 53

La validez de contenido del presente proyecto se visualiza y se comprueba a través de los conocimientos aportados por los expertos en el tema precisando información de gran importancia a los investigadores a través de ensayos y pruebas realizadas a la muestra de pectina obtenida a partir del mango, así como también mediante el intercambio de conocimientos y experiencias con los especialistas, entre ellos el Tutor Técnico y profesores de unidades curriculares como Laboratorio de Operaciones Unitarias, Química, Procesos Químicos, y Tratamiento de sólidos, lo que representa mayor confiabilidad de los instrumentos utilizados. En este caso la validez de contenido del presente proyecto fue realizado por Ing. Diana López. 4.6.2 Confiabilidad de los instrumentos Ruiz, (2003) definió la confiabilidad como “Procedimiento para determinar el grado de efectividad del instrumento que se elaboró para la recolección de información”. En este orden de ideas, todos los procedimientos y las prácticas realizadas para la obtención de la pectina partiendo de los residuos del mango fue necesario efectuar una investigación documental que ayudarán a determinar con precisión los resultados de dichos procedimientos ya que de esa manera estos serán válidos. Cabe resaltar que para estimar la confiabilidad de los instrumentos (Albarrán, L. 2014) determina que existen distintos métodos entre ellos confiabilidad por testreset el cual consiste en “aplicar un mismo instrumento una o varias veces a un grupo determinado para comprobar resultados” de este modo se puede describir que fue necesario realizar la práctica cuatro veces para confirmar resultado. 4.7 Técnicas de análisis de datos “Las técnicas de análisis de datos son las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan" (Arias, 2012). Arias, F (2012). Señala que una vez obtenida y recopilada la información se inició su procesamiento, esto implica el cómo ordenar y presentar de la forma más lógica e inteligible la información obtenida con los instrumentos aplicados. “El procesamiento no es otra cosa que el registro de la información obtenida, mediante

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una técnica analítica en la cual se comprueba la hipótesis y se obtienen las conclusiones” (Arias, F. 2012). En virtud de ello se tomaron en cuenta el análisis cualitativo y cuantitativo respectivamente; el cualitativo se realizó durante la fase diagnóstica para caracterizar las situaciones y expresar la calidad de los hallazgos de la investigación, por su parte el análisis cuantitativo se efectuó en función de las variables con la finalidad de evaluar los resultados, facilitando la comprensión global de la información, y permitiendo emitir juicios críticos y conclusiones.

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4.8 Planificación integral de los objetivos Tabla 4. Cuadro PIO Objetivo General: “Diseño de una planta piloto para la obtención de pectina partir de residuos de mango en la UPTJAA”. Objetivos específicos

Metodología

Actividades

Realizar un diagnóstico socio-integrador a la comunidad de la UPTJAA.

-Acción participativa. -Estudio de casos. -Trabajo de campo.

-Entrevista informal. -Visitas guiadas a la comunidad. - Elaboración de una matriz FODA.

Evaluar los diferentes procesos necesarios para la obtención de pectina que se encuentra en el mango.

-Investigación documental. -Análisis contenido.

-Mesas de trabajo. -Análisis de los diferentes procesos: inducción, deducción, análisis y síntesis.

Desarrollar un esquema tecnológico para la obtención de pectina a partir de residuos de mangos presentes en la comunidad.

- Aplicación de la teoría de cálculo de los procesos químicos. - Elaboración del esquema tecnológico con sus respectivos cálculos.

Caracterizar la composición fisicoquímica de la pectina obtenida, a partir de la materia prima procesada.

de

Análisis y estudios experimentales de la pectina obtenida en el laboratorio.

-Descripción detallada de cada uno de los procesos, equipos y variables necesarias para la obtención de pectina. -Realización el esquema tecnológico -Realización los balances de materia y energía. -Obtención de pectina. -Validación de balances con los datos obtenidos en el laboratorio. -Análisis físico y químico de la pectina obtenida.

Producto Diagnóstico integral Socio-ambiental de la UPTJAA. Determinación de la factibilidad teórica del proceso seleccionado para la obtención de pectina.

Esquema tecnológico para la obtención de pectina a partir de residuos de mangos.

Características fisicoquímicas

de

la

pectina obtenida

Diseñar cada una de las unidades necesarias

de

procesos para

la

Dimensionar los equipos a Cálculos matemáticos

obtención de pectina.

económica de la propuesta.

Diseño de los equipos

proceso

-Estudio de costos Realizar una evaluación

utilizar para llevar a cabo el

-Matemática financiera -Teoría económica

-Cálculos costo/beneficio del proyecto socio integrador. -Valor total de la inversión.

Fuente: (Equipo Investigador, 2018) 56

Costo

total

de

la

inversión del proyecto socio integrador.

FASE V DESARROLLO INTEGRAL DE LOS OBJETIVOS Objetivo 1: Realizar un diagnóstico integral a la comunidad de la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” Actividad N°1: Entrevista informal. Mediante la búsqueda de problemas de estudio, se entrevistó de manera informal a un profesor del área de química para obtener información acerca de los problemas existentes en la comunidad que puedan resolverse mediante el empleo de procesos químicos. Actividad N°2: Visitas guiadas por la comunidad. Se hizo un recorrido guiado por la comunidad observando directamente las instalaciones y los problemas presentes en la misma; los distintos problemas fueron anotados para su posterior estudio. Actividad Nº 3: Elaboración de una matriz FODA Una vez observadas directamente las instalaciones y las problemáticas que afectan a la comunidad, se realizó una matriz FODA donde se destacaron las fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas de la misma. Objetivo 2: Evaluar los diferentes procesos necesarios para la obtención de pectina que se encuentra en el mango. Actividad N° 1: Mesas de trabajos. Se realizaron varias mesas de trabajos en las cuales se recopilo la información bibliográfica y documental necesario para abordar el problema seleccionado. Actividad N° 2: Análisis de los diferentes procesos: inducción, deducción, análisis y síntesis.

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Una vez recopilada toda la información sobre el mango y la pectina se realizó un análisis general del tema y se sintetizó, con el fin de establecer un marco teórico, y seleccionar el proceso a emplear para la obtención de pectina. Objetivo 3: Desarrollar un esquema tecnológico para la obtención de pectina a partir de residuos de mango presentes en la comunidad. Actividad N° 1: Descripción detallada de cada uno de los procesos, equipos y variables necesarias para la obtención de la pectina. Debido a la diversa cantidad de procesos existentes para obtener pectina, se consultaron diferentes tesis, revistas, documentos y personas especializadas en los procesos químicos, hasta obtener el proceso apropiado en cuanto a: equipos de fácil manejo y bajo costo e igualmente los reactivos a utilizar. Posterior a la investigación, se desarrolló una descripción detallada del proceso, mostrada a continuación: Descripción detallada de cada uno de los procesos que permitirán la obtención de pectina a partir del mango. El proceso a emplear para la obtención de pectina a partir de la cáscara del mango es por hidrólisis, y se describe a continuación: -Recolección de los residuos de mango: El mango a será directamente recogido de los residuos generados en la comunidad para posteriormente ser clasificado. - Selección de la materia prima: Se separa la cáscara del mango y se selecciona la cáscara de forma manual para verificar la presencia de agentes contaminantes, hongos, y cualquier otro elemento que pudiese afectar el proceso. - Lavado de la cáscara: Una vez seleccionadas las cáscaras a utilizar, éstas son introducidas a un tanque de lavado en donde se añadirá agua para lavarlas y de esta manera retirar cualquier suciedad y residuos de pulpa; el agua con las impurezas será purgada del proceso. finalmente se pesa para tener el cálculo del material de partida. - Hidrólisis ácida: Luego se realiza la hidrólisis ácida, las cáscaras de mango serán introducidas a un reactor en donde se añade solución de ácido clorhídrico al 37%,

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capacidad suficiente hasta lograr un pH 3,2 y agitar durante 75 minutos a una temperatura entre 75 y 80 °C; finalmente se mide el volumen de la solución obtenido. - Precipitación: Para este proceso se parte de que el concentrado debe estar a una temperatura inferior a 25 °C. Una vez a esa temperatura la solución es introducida en un tanque de precipitado donde se utiliza alcohol etílico al 99% como agente precipitante, el cual es adicionado en relación 3:1 V/V respecto al concentrado y debe dejarse en estado de reposo, para lograr que se precipite el producto deseado (pectina), durante 3 horas. - Filtración: se realiza con el fin de eliminar la mayor cantidad de líquido posible (alcohol etílico + agua). La pectina precipitada es llevada a un filtro para separarla del alcohol mediante filtros de lienzo. El alcohol utilizado puede ser neutralizado y luego destilado para ser utilizado posteriormente. - Secado: La pectina obtenida contiene más del 30% de humedad y debe ser sometida a un proceso de secado a una temperatura inferior a 40 °C durante 4 horas para eliminar la humedad residual y es pesada nuevamente. -Caracterización y empaque: en esta última etapa del proceso, se debe tener en cuenta la calidad del producto en todos sus parámetros fisicoquímicos (humedad, pureza, grado de sustitución, pH, tamaño de partícula, entre otras) para finalmente ser descargado y empacado. Descripción de los equipos a emplear en el proceso para la obtención de pectina. Posterior a la selección del proceso y la realización de la descripción detallada del mismo, se analizaron los equipos y el número exacto (de equipos) a emplear. De acuerdo a las características y condiciones del proceso, fue extraída información sobre diversos equipos y fueron seleccionados aquellos que, de acuerdo a su estructura y funcionamiento, cubren las necesidades para la obtención de pectina. Los mismos se describen a continuación:

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- Tanque mezclador con agitador y chaqueta: recipiente provisto de un sistema de agitación para realizar una mezcla de componentes, diseñado de acuerdo a las propiedades específicas de los componentes a mezclar (densidad, viscosidad y temperatura). Contienen una hélice o impulsor vertical-centrado con bafles o de forma excéntrica, con una o más propelas, para obtener un flujo turbulento o laminar, a presión atmosférica o presión manométrica (positiva o negativa). En este tanque ocurren los procesos más importantes para la obtención de pectina: inactivación e hidrólisis. En este equipo se le es añadida agua a la materia prima y posteriormente será calentada con el fin de lograr el lavado e inactivación de las enzimas de la cáscara. El agua con impurezas se decanta a través de una válvula de desecho y se procede a llenar el tanque nuevamente adicionando HCl y se mezcla durante 75 minutos. Por la chaqueta pasa un flujo de vapor que calienta la solución a la temperatura deseada. - Filtro-prensa de tela: el filtro de prensa realiza la separación líquida – sólido a partir de la presión aplicada a una suspensión que atraviesa un medio filtrante reteniendo los sólidos del fluido. El filtro de prensa tiene una estructura de placas cubiertas con un medio filtrante donde al bombear una suspensión bajo presión por un canal los sólidos del fluido son atrapados en las placas y el líquido atraviesa el medio filtrante sea de tela, marcos con hueco o membranas, el líquido obtenido es descargado por un conducto que posteriormente es recogido y almacenado. Al igual que el líquido los sólidos se recuperan al final del filtrado en tolvas o tanques de almacenamiento. Se utilizan cuando se desean filtraciones más rápidas. Este tiene un porcentaje de eficacia de filtración de aproximadamente el 80%. La solución proveniente del tanque es llevada al filtro prensado de 4 a 5 capas de tela para separar la mayor cantidad de líquido. Posteriormente se vuelve a utilizar el filtro una vez que ocurre la precipitación, con la finalidad de separar la pectina de la solución resultante y de esta forma evitar la contaminación de la pectina. -Tanque de precipitado: en este equipo es adicionado el etanol y la mezcla se deja reposar para asegurar la máxima formación de pectina.

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- Secador de bandejas: también se llama secador de anaqueles, de gabinete, o de compartimientos, el material, que puede ser un sólido en forma de terrones o una pasta, se esparce uniformemente sobre una bandeja de metal de 10 a 100 mm de profundidad. Un ventilador recircula aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las bandejas. También se usa calor eléctrico, en especial cuando el calentamiento es bajo. Más o menos del 10 al 20% del aire que pasa sobre las bandejas es nuevo, y el resto es aire recirculado. Después del secado, se abre el gabinete y las bandejas se remplazan por otras con más material para secado. La pectina húmeda retirada del filtro es pasada al secador el cual le suministrará aire caliente, haciendo que la pectina tomé aspecto de sólido. Descripción de variables y condiciones de operación Para la obtención de pectina se han de considerar y controlar ciertas variables y condiciones de operación durante el proceso. -Temperatura: es una medida de la energía cinética de los átomos o moléculas que constituyen un objeto material cualquiera. Su medida se realiza a través de los cambios que experimentan algunas magnitudes físicas, cuando los cuerpos son sometidos a intercambios de energía térmica. Durante el proceso la temperatura se vuelve una propiedad muy variable. Para la inactivación de las enzimas, la realización de la hidrólisis ácida y la concentración de la solución el proceso debe elevar la temperatura a 80ºC. Sin embargo, para la precipitación se exige una temperatura menor a 25ºC y el secado debe realizarse a 40ºC. -Humedad: cantidad de agua, vapor de agua o cualquier otro líquido que está presente en la superficie o el interior de un cuerpo o en el aire. Durante el proceso de obtención de pectina los niveles de humedad varían con frecuencia ya que constantemente se añaden y purgan sustancias líquidas a fin de lograr la formación de la misma. En la fase final del proceso la pectina se encuentra con una humedad del 30% y es sometida a un proceso de secado ya que la calidad del producto será mayor mientras menor sea la humedad.

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-pH: es una medida de acidez, la cual debe estar entre un rango de 1,5 a 3 para la obtención de un proceso óptimo. Por otro lado, el tiempo es también una variable a controlar, ya que en cada unidad se requiere un tiempo determinado para llevar a cabo el proceso en cuestión, en el caso de la inactivación de las enzimas la mezcla debe permanecer en el tanque mezclador durante 20 minutos; para la hidrolisis en el reactor se requieren 75minutos. En el secador debe permanecer por 4 horas. Actividad Nº 2: Realización del esquema tecnológico. Una vez obtenida la descripción detallada del proceso, se analizaron las etapas que comprendía el mismo y fueron plasmadas en un diagrama en forma de bloques, con sus respectivas líneas que indican las corrientes de entrada y salida. Figura 3. Diagrama de bloques del proceso.

Fuente: (Equipo investigador, 2018)

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Diagrama de flujo de proceso Tabla 5. Composiciones y propiedades de las corrientes. (Equipo investigador, 2018)

63

Actividad N.º 3: Realización los balances de materia y energía correspondientes a cada una de las unidades de proceso. Balances de materia: Balance en el proceso de lavado Se parte de 50kg de materia prima, la cual entran a un proceso de lavado con el fin de retirar impurezas. C2 = 200 Kg H2O XH2O = 1

C1 =50 kg XMO =0,95 XImp =0,05

LAVADO

C3 =52,5 kg XMO =0,905 XH2O =0,095

C4 = 197,5kg XH2O = 0,987 Ximp =0,013

Balance en el proceso de hidrólisis C5 = 218,612Kg de disolución de HCl XH2O = 0,82 XHCl = 0,18

C3 =52,5 Kg XMO =0,905 XH2O =0,095

HIDRÓLISIS

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C6 =270,8Kg Xpectina = 0,139 XCOOH =0,298 XH2O =0,425 XCl = 0,139

Balance en el proceso de filtrado C6 =270,8Kg Xpectina = 0,139 XCOOH =0,298 XH2O =0,425 XCl = 0,139

FILTRACIÓN

C8 =190,102Kg Xpectina = 0,198 XCl =0,198 XH2O =0,605

C7 = 80,698Kg XMOD = 1

Balance en el proceso de precipitado C9 =63,367Kg XEtanol =0,99 XH2O =0,01

C8 =190,102Kg Xpectina = 0,198 XCl =0,198 XH2O =0,605

PRRECIPITACIÓN

C10 =253,469Kg Xpectina = 0,149 XCl =0,149 XH2O =0,456 XEtanol = 0,247

Balance en el proceso de filtrado C10 =253,469Kg Xpectina = 0,149 XCl =0,149 XH2O =0,456 XEtanol = 0,247

FILTRADO

C11 =165,789Kg XCl =0,175 XH2O =0,535 XEtanol = 0,290

65

C12 =87,68Kg Xpectina = 0,431 XCl =0,0998 XH2O =0,304 XEtanol = 0,166

Balance en el proceso de secado

C12 =87,68Kg Xpectina = 0,431 XCl =0,0998 XH2O =0,304 XEtanol = 0,166

SECADO

C14 =13,45Kg Xpectina = 1

C13 =74,23Kg XCl =0,118 XH2O =0,359 XEtanol = 0,196 Xpectina=0,327

Objetivo 4: Caracterizar la composición fisicoquímica de la pectina obtenida a partir de la materia prima procesada. Actividad N° 1: Obtención de la pectina La obtención de la pectina fue realizada de manera experimental en los laboratorios de la UPTJAA, para la misma se llevaron a cabo cuatro corridas a diferentes condiciones de proceso. En cada una de ellas se partió de 50g de materia prima y se tomaron en cuenta variaciones en aspectos como: pH al añadir la solución de ácido clorhídrico y tiempo de agitación y temperatura durante la hidrólisis, así como también en los métodos de filtrado y secado y partir de ellos se obtienen los siguientes resultados:  Para las muestras 1 y 2 cuyos pH fueron 4,3 y 3,9 respectivamente, presentaron gran dificultad para lograr la precipitación, así como también un gran porcentaje de perdida durante el filtrado debido a la alta viscosidad de la solución. El filtrado se realizó a través de filtros de papel y el secado en estufa a 60ºC y se obtuvieron 5,34 y 7,12 gramos de pectina en peso respectivamente, sin embargo, ambas contaban con un alto nivel de degradación.

66

 Para las muestras 3 y 4 cuyos pH fueron 2 y 1,5 se evidenció una mejora en su aspecto, los procesos de filtrado y precipitación resultaron más sencillo. El filtrado se realizó esta vez a través de filtros de tela, y durante la precipitación se pudo visualizar una mayor eficiencia, el secado por su parte se realizó a 40ºC y se obtuvieron a partir de la materia prima 12,58 y 13,45 gramos de pectina, respectivamente.

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CONCLUSIONES

Como resultado de los objetivos planteados para llevar a cabo el PSI en la comunidad de la UPTJAA, se concluye lo siguiente:  Se realizó un diagnóstico integral socio-ambiental en la UPTJAA. Donde se presenta la necesidad de proyectos de investigación que promuevan la obtención de sub-productos como en este caso que se obtiene la pectina a partir de las cascaras del mango.  El proceso de obtención de la pectina se da mediante la hidrólisis acida y la precipitación con etanol.  A partir del diagrama del esquema tecnológico y bloques se obtuvieron un total de 14 corrientes.  Se determinó a partir de la práctica experimental y mediante la realización de balances de materias que para una alimentación de 50kg de materia prima se obtienen 13,45kg de pectina.

 En el reactor se dio una reacción exotérmica y a partir de las capacidades caloríficas y las variaciones de temperatura experimentadas se determinó una transferencia de calor igual a -67,25𝐾𝐽  De las cuatro corridas realizadas en el laboratorio se observaron que mientras menor es el pH, mayor será el nivel de metoxilo de la pectina.

68

RECOMENDACIONES  Realizar un proceso de selección exhaustivo de la materia prima escogiendo las cascaras con mejor aspecto, limpias con el fin de evitar que sean hidrolizados componentes no deseados que afecten la calidad de la pectina  Considerar la hidrólisis con otro ácido como el ácido sulfúrico a fin de verificar si se obtiene un mayor rendimiento.  Se recomienda la concentración de etanol al 99% con la finalidad de promover de forma más rápida la precipitación de la pectina.  Estudiar el funcionamiento y las condiciones que requieren los equipos utilizados en el proceso.  Confirmar las reacciones que se producen en el proceso  Se puede observar las modificaciones de variables que podrían afectar el proceso, como la temperatura y el tiempo de hidrólisis, para verificar si suponen cambios significativos en el producto.

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73

ANEXOS Anexo 1. Imagen satelital de la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui”

Fuente: Google Maps

74

Anexo 2. Entrevista informal realizada al profesor de laboratorio Lcdo. Chemir Pino, durante el abordaje de la fase diagnóstica del proyecto. 1- ¿Qué tipo de deficiencias o problemáticas existen en los laboratorios de químicas? En los laboratorios existen numerosas problemáticas como la falta de equipos, de reactivos, sustancias y materiales. Esto conlleva a que no se lleven a cabo diversas prácticas, causando una deficiencia en el conocimiento de ustedes, los estudiantes. 2- ¿Qué es la pectina? La pectina es un espesante necesario en muchas industrias para la elaboración de diversos productos, aquí en los laboratorios podría muy bien ser aprovechado para realizar diversas prácticas y con la escasez de reactivos que se tiene, sería estupendo contar con esta sustancia y aún más poder obtenerla acá la institución. 3- El proyecto que se quiere llevar a cabo es minimizar el desperdicio de los mangos que se producen en la universidad y obtener pectina a partir del mismo. ¿Qué piensa sobre esta propuesta? ¿Sería factible? Bueno la factibilidad la tienen que determinar ustedes, pero sin embargo considero que es un buen tema de proyecto que puede muy bien llevarse a cabo. Además, la pectina obtenida significará un beneficio a la comunidad y una ayuda debido al déficit de reactivos para realizar las prácticas en los laboratorios. Y también le podría servir a futuros proyectos que tenga por objeto la elaboración de algún producto que requiera pectina.

75

Anexo 3. Muestra de cálculos de los balances de materia y energía Balance en el proceso de lavado. C2 = 200 Kg H2O XH2O = 1

C1 =50 kg XMO =0,95 XImp =0,05

LAVADO

C3 =52,5 kg XMO =0,905 XH2O =0,095

C4 = 197,5kg XH2O = 0,987 Ximp =0,013

Se parte de 50Kg de cáscara de mango que entran a un tanque de lavado. De acuerdo con Calaf Daniel (2002), se considera que la composición de la cáscara del mango es en su totalidad materia orgánica, sin embargo, al estar expuesta al ambiente es necesario considerar cierto porcentaje de impurezas, quedando su composición de la siguiente manera: XMO = 95% Ximpurezas = 5%

Balance general 𝐶1+ 𝐶2+ = 𝐶3+ 𝐶4 Masa de materia orgánica en C1 1 𝐶1 ∗ 𝑋𝑀𝑂 = 50𝐾𝑔 𝑥 0,95 = 47,5𝐾𝑔

Masa de impureza en C1

76

1 𝐶1 ∗ 𝑋𝑖𝑚𝑝𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 = 50𝐾𝑔 𝑥 0,05 = 2,5𝐾𝑔

Determinación de la masa de H2O en C3 3 3 𝐶3 = 𝑚𝑀𝑂 + 𝑚𝐻2𝑂 3 52,5𝑔 = 47,5 𝐾𝑔 + 𝑚𝐻2𝑂 3 3 𝑚𝐻2𝑂 = 52,5𝐾𝑔 − 47,5𝐾𝑔 → 𝑚𝐻2𝑂 = 5𝐾𝑔

Determinación de fracción másica de cada componente en la C3 3 𝑋𝑀𝑂 =

47,5𝐾𝑔 = 0,905 52,5𝐾𝑔

3 𝑋𝐻2𝑂 =

5𝐾𝑔 = 0,095 52,5𝐾𝑔

Balance general 𝐶4 = 𝐶1 + 𝐶2 − 𝐶3 𝐶4 = (50 + 200 − 52,5)𝑔 → 𝐶4 = 197,5𝑔

Balance por componente (H2O) 2 3 4 𝐶2 . 𝑋𝐻2𝑂 = 𝐶3 . 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐶4 . 𝑋𝐻2𝑂 4 𝑋𝐻2𝑂 =

2 4 (200𝐾𝑔 𝑥 1) − (52,5𝐾𝑔 𝑥 0,095) 𝐶2 . 𝑋𝐻2𝑂 − 𝐶4 . 𝑋𝐻2𝑂 = = 0,987 4 197,5𝐾𝑔

Balance en el proceso de hidrólisis C5 = 218,612Kg de disolución de HCl XH2O = 0,82 XHCl = 0,18

77

C3 =52,5 Kg XMO =0,905 XH2O =0,095

𝐶6 𝐻11 𝑂7

+

Materia orgánica

C6 =270,8Kg Xpectina = 0,139 XCOOH =0,298 XH2O =0,425 XHCl = 0,139

HIDRÓLISIS

𝐻2 𝑂

3𝐻𝐶𝑙

⇔

Ácido clorhídrico

𝐶3 𝐻10 𝑂𝐻 + Pectina

3𝐶𝑂𝑂𝐻

3𝐶𝑙 −

+

Materia O descompuesta

Cloro

𝐸+𝑃 =𝑆+𝐶 Determinación de la masa de la solución de ácido clorhídrico que entra por C5 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑛 = 𝜌𝐻𝐶𝑙 . 𝑣𝐻𝐶𝑙 + 𝜌𝐻2𝑂 . 𝑣𝐻2𝑂 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑛 = 1,9306

𝐾𝑔 1𝐾𝑔 𝑥 20𝑚𝑙 + 𝑥 180𝑚𝑙 → 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑛 = 218,612𝐾𝑔 𝑚𝑙 𝑚𝑙 → 𝐶5 = 218,612𝐾𝑔

Determinación del número de moles en C3 y C5 (corrientes de entrada). 𝑛𝑀𝑂 = 𝑛𝐻𝐶𝑙 =

𝑚 47,513𝐾𝑔 = = 0,244𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑀 195𝐾𝑔/𝐾𝑚𝑜𝑙

𝑚 38,612𝐾𝑔 = = 1,059𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑀 36,45𝐾𝑔/𝐾𝑚𝑜𝑙

Estequiometria: pectina 0,244𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑂 1,059𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙

1𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 = 0,244𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 1𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑂

1𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 = 0,353𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 3𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻𝐶𝑙

𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 0,597𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑥 63𝐾𝑔/𝐾𝑚𝑜𝑙 = 37,611𝐾𝑔 78

Estequiometria: Materia orgánica descompuesta. 0,244𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑂

3𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 0,732𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑂𝑂𝐻 1𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑂

1,059𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻𝐶𝑙

3𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 1,059𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑂𝑂𝐻 3𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙

𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1,791𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑥 45𝐾𝑔/𝐾𝑚𝑜𝑙 = 80,595𝐾𝑔 1,059𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻𝐶𝑙

3𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝑙 = 1,059𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑙 3𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙

𝐶𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1,059𝐾𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑥 35,45𝐾𝑔/𝐾𝑚𝑜𝑙 = 37,5425𝐾𝑔

Balance en el proceso de filtrado C6 =270,8Kg Xpectina = 0,139 XMO =0,298 XH2O =0,425 XCl = 0,139

FILTRACIÓN

C8 =190,102Kg Xpectina = 0,198 XCl =0,198 XH2O =0,605

C7 = 80,698Kg XMOD = 1

La corriente C6 se obtuvo a partir de la estequiometría Nota: Durante la realización de la práctica experimental se pudo evidenciar que el porcentaje de eficiencia del filtro es de 100% para sólidos gruesos. Libro Murren L. McCabe- Julian C. Smith- Peter Harriott. 6ta Edición Masa de materia orgánica en C6 6 6 𝑚𝑀𝑂 = 𝐶6 . 𝑋𝑀𝑂 = 270,8𝑔 𝑥 0,298 = 80,698𝐾𝑔 6 𝑚𝑀𝑂 𝑥 %𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝐶7

80,968𝐾𝑔 𝑥 1 = 80,968𝐾𝑔 = 𝐶7

79

Balance general 𝐶6 = 𝐶7 + 𝐶8 𝐶8 = 𝐶6 − 𝐶7 → 𝐶8 = 270,8𝐾𝑔 − 80,968𝐾𝑔 = 190,102𝐾𝑔 Balance por componentes *Pectina: 6 8 𝐶6 . 𝑋𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 = 𝐶8 . 𝑋𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎

8 𝑋𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎

6 𝐶6 𝑋𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 270,8𝐾𝑔 𝑥 0,139 = = = 0,198 𝐶8 190,102𝐾𝑔

*Agua 𝐶6 . 𝑋𝐻62 𝑂 = 𝐶8 . 𝑋𝐻82 𝑂 𝑋𝐻82 𝑂 =

𝐶6 𝑋𝐻62 𝑂 270,8𝐾𝑔 𝑥 0,425 = = 0,605 𝐶8 190,102𝐾𝑔

*Cloro 8 6 𝐶6 . 𝑋𝐻𝐶𝑙 = 𝐶8 . 𝑋 𝐻

𝐶𝑙

8 𝑋𝐻𝐶𝑙

6 𝐶6 𝑋𝐻𝐶𝑙 270,8𝐾𝑔 𝑥 0,139 = = = 0,198 𝐶8 190,102𝐾𝑔

Balance en el proceso de precipitado C9 =63,367Kg XEtanol =0,99 XH2O =0,01

C8 =190,102Kg Xpectina = 0,198 XCl =0,198 XH2O =0,605

PRECIPITACIÓN

80

C10 =253,469Kg Xpectina = 0,149 XCl =0,149 XH2O =0,456 XEtanol = 0,247

La corriente C9 se tiene ya que a partir de la teoría la cantidad de agente precipitante añadida debe estar en relación 3:1 respecto a la disolución, por ende, se agregó un tercio de la C8, lo cual corresponde a 63,367g de etanol. Balance general: 𝐶8 + 𝐶9 = 𝐶10 → 𝐶10 = 190,102𝑔 + 63,367𝑔 = 253,469𝑔 Balance por componente: Pectina: 𝑪𝟖 . 𝑿𝟖𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂 = 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂 𝑿𝟏𝟎 𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂

𝑪𝟖 𝑿𝟖𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂 𝟏𝟗𝟎, 𝟏𝟎𝟐𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟏𝟑𝟗 = = = 𝟎, 𝟏𝟒𝟗 𝑪𝟏𝟎 𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝑲𝒈

H2O 𝑪𝟖 . 𝑿𝟖𝑯𝟐 𝑶 + 𝑪𝟗 . 𝑿𝟗𝑯𝟐 𝑶 = 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑯𝟐 𝑶 𝑿𝟏𝟎 𝑯𝟐 𝑶

𝑪𝟖 . 𝑿𝟖𝑯𝟐 𝑶 + 𝑪𝟗 . 𝑿𝟗𝑯𝟐 𝑶 (𝟏𝟗𝟎, 𝟏𝟎𝟐𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟔𝟎𝟓) + (𝟔𝟑, 𝟑𝟔𝟕 𝒙 𝟎, 𝟎𝟏) = = 𝑪𝟏𝟎 𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝟗𝑲𝒈 𝑿𝟏𝟎 𝑯𝟐 𝑶 = 𝟎, 𝟒𝟓𝟔

Etanol 𝑪𝟗 . 𝑿𝟗𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 𝑿𝟏𝟎 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍

𝑪𝟗 . 𝑿𝟗𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 𝟔𝟑, 𝟑𝟔𝟕𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟗𝟗 = = = 𝟎, 𝟐𝟒𝟕 𝑪𝟏𝟎 𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝟗𝑲𝒈

Cloro 𝑪𝟖 . 𝑿𝟖𝑪𝒍 = 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑪𝒍 𝑿𝟏𝟎 𝑪𝒍 =

𝑪𝟖 . 𝑿𝟖𝑪𝒍 𝟏𝟗𝟎, 𝟏𝟎𝟐𝒈 𝒙𝟎, 𝟏𝟗𝟖 = = 𝟎, 𝟏𝟒𝟗 𝑪𝟏𝟎 𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝟗𝒈 81

Balance en el proceso de filtrado C10 =253,469Kg Xpectina = 0,149 XCl =0,149 XH2O =0,456 XEtanol = 0,247

FILTRADO

C12 =87,68Kg Xpectina = 0,431 XCl =0,0998 XH2O =0,304 XEtanol = 0,166

C11 =165,789Kg XCl =0,175 XH2O =0,535 XEtanol = 0,290

%Eficiencia del filtro= 76,77. Libro Murren L. McCabe- Julian C. Smith- Peter Harriott.

6ta Edición

Balance general: 𝑪𝟏𝟎 = 𝑪𝟏𝟏 + 𝑪𝟏𝟐 → 𝑪𝟏𝟏 = 𝒎𝟏𝟎 𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒂 𝒙 𝑬𝒇𝒄. 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒐 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝒎𝟏𝟎 𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒂 = 𝒎𝑯𝟐 𝑶 + 𝒎𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 + 𝒎𝑪𝒍

𝒎𝟏𝟎 𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒂 = (𝟏𝟏𝟓, 𝟓𝟖𝟐 + 𝟔𝟐, 𝟔𝟎𝟕 + 𝟑𝟕, 𝟕𝟔𝟕)𝑲𝒈 = 𝟐𝟏𝟓, 𝟗𝟓𝟔𝑲𝒈 𝑪𝟏𝟏 = 𝟐𝟏𝟓, 𝟗𝟓𝟔𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟕𝟔𝟕𝟕 = 𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗𝑲𝒈 𝑪𝟏𝟐 = 𝑪𝟏𝟎 − 𝑪𝟏𝟏 = (𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝟗 − 𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗)𝑲𝒈 = 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈

Balances en C11: H2O 𝟏𝟎 𝒎𝟏𝟏 𝑯𝟐 𝑶 = 𝒎𝑯𝟐 𝑶 𝒙 𝑬𝒇𝒄. 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒐

82

𝒎𝟏𝟏 𝑯𝟐 𝑶 = 𝟏𝟏𝟓, 𝟓𝟖𝟐𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟕𝟔𝟕𝟕 = 𝟖𝟖, 𝟕𝟑𝟐𝑲𝒈 →

𝑿𝟏𝟏 𝑯𝟐 𝑶

𝒎𝟏𝟏 𝟖𝟖, 𝟕𝟑𝟐𝑲𝒈 𝑯𝟐 𝑶 = = = 𝟎, 𝟓𝟑𝟓 𝑪𝟏𝟏 𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗𝑲𝒈

Etanol 𝟏𝟎 𝒎𝟏𝟏 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝒎𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 𝒙 𝑬𝒇𝒄. 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒐

𝒎𝟏𝟏 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝟔𝟐, 𝟔𝟎𝟕𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟕𝟔𝟕𝟕 = 𝟒𝟖, 𝟎𝟔𝟑𝑲𝒈 𝑿𝟏𝟏 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍

𝒎𝟏𝟏 𝟒𝟖, 𝟎𝟔𝟑𝑲𝒈 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = = = 𝟎, 𝟐𝟗𝟎 𝑪𝟏𝟏 𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗𝑲𝒈

Cloro 𝟏𝟎 𝒎𝟏𝟏 𝑪𝒍 = 𝒎𝑪𝒍 𝒙 𝑬𝒇𝒄. 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒐

𝒎𝟏𝟏 𝑪𝒍 = 𝟑𝟕, 𝟕𝟔𝟕𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟕𝟔𝟕𝟕 = 𝟐𝟖, 𝟗𝟗𝟒𝑲𝒈 𝑿𝟏𝟏 𝑪𝒍 =

𝒎𝟏𝟏 𝟐𝟖, 𝟗𝟗𝟒𝑲𝒈 𝑪𝒍 = = 𝟎, 𝟏𝟕𝟓 𝑪𝟏𝟏 𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗𝑲𝒈

Balance en C12: Pectina 𝟏𝟐 𝒎𝟏𝟎 𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂 = 𝒎𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂

𝑿𝟏𝟐 𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂

𝒎𝟏𝟐 𝟑𝟕, 𝟕𝟔𝟕𝑲𝒈 𝒑𝒆𝒄𝒕𝒊𝒏𝒂 = = = 𝟎, 𝟒𝟑𝟏 𝑪𝟏𝟐 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈

H2O (Balance por componente) 𝟏𝟏 𝟏𝟐 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑯𝟐 𝑶 = 𝑪𝟏𝟏 . 𝑿𝑯𝟐 𝑶 + 𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝑯𝟐 𝑶

𝑿𝟏𝟐 𝑯𝟐 𝑶

𝟏𝟏 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑯𝟐 𝑶 − 𝑪𝟏𝟏 . 𝑿𝑯𝟐 𝑶 = 𝑪𝟏𝟐

=

(𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝟗𝑲𝒈𝒙𝟎, 𝟒𝟓𝟔) − (𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗𝑲𝒈𝒙𝟎, 𝟓𝟑𝟓) 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈 𝑿𝟏𝟐 𝑯𝟐 𝑶 = 𝟎, 𝟑𝟎𝟒

Etanol (Balance por componente) 𝟏𝟏 𝟏𝟐 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝑪𝟏𝟏 . 𝑿𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 + 𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍

83

𝑿𝟏𝟐 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍

𝟏𝟏 𝑪𝟏𝟎 . 𝑿𝟏𝟎 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 − 𝑪𝟏𝟏 . 𝑿𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝑪𝟏𝟐

=

(𝟐𝟓𝟑, 𝟒𝟔𝟗𝑲𝒈𝒙𝟎, 𝟐𝟒𝟕) − (𝟏𝟔𝟓, 𝟕𝟖𝟗𝒈𝒙𝟎, 𝟐𝟗𝟎) 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈 𝑿𝟏𝟐 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝟎, 𝟏𝟔𝟔

Balance en el proceso de secado C12 =87,68Kg Xpectina = 0,431 XCl =0,0998 XH2O =0,304 XEtanol = 0,166

SECADO

C14 =13,45Kg Xpectina = 1

C13 =74,23Kg XCl =0,118 XH2O =0,359 XEtanol = 0,196 Xpectina=0,327

Balance general: 𝑪𝟏𝟐 = 𝑪𝟏𝟑 + 𝑪𝟏𝟒 C14 corresponde a la cantidad de pectina obtenida como producto de la práctica experimental. 𝑪𝟏𝟑 = 𝑪𝟏𝟐 − 𝑪𝟏𝟒 = 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈 − 𝟏𝟑, 𝟒𝟓𝑲𝒈 = 𝟕𝟒, 𝟐𝟑𝑲𝒈 Balances por componentes: H2O 𝟏𝟑 𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝟏𝟐 𝑯𝟐 𝑶 = 𝑪𝟏𝟑 . 𝑿𝑯𝟐 𝑶

→

𝑿𝟏𝟑 𝑯𝟐 𝑶

𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝟏𝟐 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝒌𝒈 𝒙 𝟎, 𝟑𝟎𝟒 𝑯𝟐 𝑶 = = = 𝟎, 𝟑𝟓𝟗 𝑪𝟏𝟑 𝟕𝟒, 𝟐𝟑𝒌𝒈

Etanol

84

𝟏𝟑 𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝟏𝟐 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝑪𝟏𝟑 . 𝑿𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍

𝑿𝟏𝟑 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 =

𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝟏𝟐 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟏𝟔𝟔 𝑬𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = = 𝟎, 𝟏𝟗𝟔 𝑪𝟏𝟑 𝟕𝟒, 𝟐𝟑𝒌𝒈

Cloro 𝟏𝟑 𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝟏𝟐 𝑪𝒍 = 𝑪𝟏𝟑 . 𝑿𝑪𝒍

𝑿𝟏𝟑 𝑪𝒍

𝑪𝟏𝟐 . 𝑿𝟏𝟐 𝟖𝟕, 𝟔𝟖𝑲𝒈 𝒙 𝟎, 𝟎𝟗𝟗𝟖 𝑪𝒍 = = = 𝟎, 𝟏𝟏𝟖 𝑪𝟏𝟑 𝟕𝟒, 𝟐𝟑𝒌𝒈

Balances de energía:

*En el reactor:

𝐶6 𝐻11 𝑂7

+

𝐻2 𝑂

3𝐻𝐶𝑙

⇔

𝐶3 𝐻10 𝑂𝐻 +

3𝐶𝑂𝑂𝐻

+

∆𝐸𝑐 + ∆𝐸𝑝 + ∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊 ∆Ec = 0 porque el sistema no posee desplazamiento ni aceleración; ∆Ep = 0 porque el sistema ni se eleva, ni se cae; W = 0 porque no hay variación de volumen en el sistema. ∆𝐸𝑐 + ∆𝐸𝑝 + ∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊 → ∆U = Q ∆𝐻 = ∆𝑈 + ∆(𝑃𝑉) Como no hay diferencial de PV entonces ∆H=∆U por lo que Q=∆H Calor total de la reacción: 𝑇2

𝑇2

∫ 𝑑(∆𝐻) = ∫ ∆𝐶𝑝− 𝑑𝑇 => ∆𝐻2 − ∆𝐻1 = ∆𝐶𝑝− (𝑇2 − 𝑇1 ) 𝑇1

𝑇1

∆𝐶𝑝− = (∑ 𝑛. 𝐶𝑝) 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − (∑ 𝑛. 𝐶𝑝) 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠

85

3𝐶𝑙 −

∆𝐶𝑝− = (𝑛𝑝𝑒𝑐 . 𝐶𝑝𝑝𝑒𝑐 + 𝑛𝑀𝑂𝐷 . 𝐶𝑝𝑀𝑂𝐷 + 𝑛𝐶𝑙 . 𝐶𝑝𝐶𝑙 ) − (𝑛𝑀𝑂 𝐶𝑝𝑀𝑂 + 𝑛𝐻𝐶𝑙 𝐶𝑝𝐻𝐶𝑙 ) Los Cp del HCl, Cloro, Agua, Etanol utilizados fueron obtenidos del Libro Felder Roussen 3era Edición mientras que el de Pectina, Materia Orgánica, Materia O. Des. Fueron obtenidos experimentalmente.

Componentes

Cp (KJ/mol.ºC)

Materia Orgánica

0,22

HCl

0,29

Pectina

0,19

Materia O. Des.

0,16

Cloro

0,49

Agua

0,01

Etanol

0,11

Tabla 6. Capacidades caloríficas de los componentes del proceso.

∆𝐶𝑝− = (1 𝑥0,19 + 3𝑥0,16 + 3𝑥0,49) − (1𝑥0,22 + 3𝑥0,29) ∆𝐶𝑝− = 1,05𝐾𝐽/°𝐶 ∆𝐻2 = ∆𝐶𝑝− (𝑇2 − 𝑇1 )+∆𝐻1 ∆H1 = ∆Hreacción ∆Hº𝑟 = 𝑛 ∑ ∆Hº𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − ∆Hº𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

86

Componentes

∆Hr (J/mol)

Materia Orgánica

-2221,2

HCl

-92,3

Pectina

-1274,4

Materia O. Des.

-615,4

Cloro

0

Agua

-285,5

Tabla 7. Calores de reacción de los componentes del proceso.

∆Hº𝑟 = 𝑛𝑝𝑒𝑐 . ∆Hº𝑟 𝑝𝑒𝑐 + 𝑛𝑀𝑂𝐷 . ∆Hº𝑟 𝑀𝑂𝐷 + 𝑛𝐶𝑙 . ∆Hº𝑟 𝐶𝑙 ) − (𝑛𝑀𝑂 ∆Hº𝑟 𝑀𝑂 + 𝑛𝐻𝐶𝑙 ∆Hº𝑟 𝐻𝐶𝑙 ) ∆Hº𝑟 = [1𝑥(−1274,4) + 3𝑥(−615,4)] − [1𝑥(−2221,2) + 3𝑥(−92,3)] ∆Hº𝑟 = −62,5𝐾𝐽

∆𝐻2 = 1,05𝐾𝐽/°𝐶 (80°𝐶 − 25°𝐶) + (−62,5𝐾𝐽) ∆𝐻2 = −4,75𝐾𝐽 ∆𝐻 = ∆𝐻2 − ∆𝐻1 = −4,75𝐾𝐽 − 62,5𝐾𝐽 = −67,25𝐽

*Balance en el secador ∆𝐸𝑐 + ∆𝐸𝑝 + ∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊 ∆H=Q ∆𝐻 = 𝑚. 𝐶𝑝− . ∆𝑇 𝐶𝑝− = 𝐶𝑝𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑋𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑛𝑎 + 𝐶𝑝𝐻2𝑂 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐶𝑝𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑋𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝐶𝑝𝐶𝑙 𝑋𝐶𝑙 𝐶𝑝− = 0,19𝑥0,431 + 0,01𝑥0,304 + 0,11x0,166 + 0,49x0,0998 𝐶𝑝− = 0,152𝐽/𝑔. º𝐶 ∆𝐻 = 87,68𝑔. 0,152𝐽/𝑔. °𝐶(40 − 25)°𝐶 = −199,910𝐽 𝑄 = 199,910𝐽

87