Trabajo Final (1)

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍACURSO BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA PROYECTO FINAL

TRABAJO FINAL

Tutora

CAROLINA LEON

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA – ECBTI

PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIALCURSO: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

INTRODUCCIÓN


Este documento contiene una breve descripción de los diferentes conceptos sobres lo que es el balance de materia y energía en los productos procesados, ya que todo proceso de industrialización de alimentos se caracteriza por el uso de insumos como: materias primas, agua, energía e insumos, de los cuales, sometidos a una transformación obtendremos los subproductos y residuos.

Además el balance de materia Es el método matemático que se basa en la ley de conservación de la materia y por el cual establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante, esto con el fin de lograr calidad en los productos y por qué, el balance de energía en una empresa de producción está dado debido a que el uso eficiente es de gran beneficio económico en la reducción de costos operacionales y ambientales con la reducción de las emisiones de gases contaminantes de la atmosfera los cuales son causantes del efecto invernadero.

Como los procedimientos empleados en la elaboración del producto están de acuerdo con las buenas prácticas de manufactura (BPM),se tiene en cuenta también en el proceso el balance de energía quien está definida como todo aquello que puede hace cambiar las propiedades físicas de la materia y la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico.

Un balance preliminar en el sector agropecuario, permite identificar que el proceso de transformación para la preservación y comercialización de productos agropecuarios, está directamente involucrado al grado de desarrollo socioeconómico de la población.

OBJETIVOS

Objetivo General


Elaborar un proyecto de investigación sobre la producción de productos industriales, aplicando todas las temáticas de balance de materia, balance de energía, y balances combinados, e identificando todos los componentes necesarios en un proceso Industrial.

.

Objetivos Específicos

Identificar la importancia de un diagrama de flujo en el desarrollo de procesos en producción de alimento

Identificar los diferentes conceptos a cerca de balance de materia, energía

Lograr la elaboración del balance de materia del proceso

Conocer los diferentes procesos, pasos y técnicas en la industrialización y comercialización de productos en una empresa.

Llevar en práctica a la vida diaria y en el entorno todos los conceptos consultados, las normas establecidas para lograr éxitos en el proceso de transformación de alimentos.

Identificar en los procesos fisicoquímicos y de transformación de productos lo que es transferencia de materia, calor, masa y Momentum.

Señalar los productos químicos en los procesos. La Materia prima los productos finales y subproductos posibles.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD


El producto: TOMATE DE ÁRBOL

Es una materia prima que cuenta con características funcionales físicas y químicas, las

cuales hacen que haya diferencian entre las variedades de frutas y es con lo que se

preparación de jugos, compotas, conservas dulces, jaleas, gelatina, néctares,

mermeladas y concentrados congelados ya que tiene altos niveles de fibra, vitamina A,

B, C, K, minerales, calcio, hierro y fósforo; además, posee niveles importantes de

proteína y caroteno. También contiene una buena fuente de pectina, y es bajo en

calorías. Su buen sabor, es apto para la preparación de jugos y mermeladas, brindando

un gran potencial de comercialización y producción durante todo el año, de baja

inversión en insumos agrícolas y de relativo fácil manejo agronómico.

Ventajas: es un producto fácil de adquirir y de procesar, igual que los demás alimentos

procesados son una buena parte del desarrollo socio-económico del país, ya que están

basadas en la seguridad alimentaria de la población y por lo cual es necesario que sean

alimentos totalmente inocuos y biodisponibles. La industrialización de los productos

agrícolas ha venido creciendo día a día debido a la necesidad de la vida moderna, estas

preservan los alimentos mediante procesos especialmente aquellos productos que son

perecederos; además es una forma de suplir las necesidades de la población durante

todo el año y en la época de escases.

La fruta de tomate de árbol y todos los productos que se pueden fabricar o derivar de

este, como alimento son productos de un alto nivel nutricional por su valor biológico con

el que cuenta por ser natural, constructor y productor, rico en hierro, calcio, fosforo

proteínas y vitaminas, entre otros; puesto que ayuda en la digestión y crecimiento del

ser humano. Por lo cual se sabe que las necesidades de los consumidores en los

alimentos están basadas en unos factores de influencia cultural, social, personal y

psicológica.

Es un producto uniforme y homogéneo obtenido por la desintegración y tamizado de los

tomates de árbol sanos y limpios, tiene unas características fisicoquímicas como °Brix,

pH, acidez, apariencia, color, sabor, olor, el producto pastoso, de color anaranjado, con


textura homogénea obtenido por la extracción de la parte comestible del tomate de árbol

sano y maduro, clasificado como no GMO(Organismo Genéticamente Modificado). Este

producto no contiene aditivos, a excepción de ácido ascórbico para proteger el color.

Durante el proceso de transformación de la fruta se debe hacer El balance de materiales

y energía en un proceso de producción está dada debido a que el uso eficiente es de

gran beneficio económico en la reducción de costos operacionales y ambientales.

diagrama 1 . Diagrama De Bloques En El Proceso De Obtención De Fruta De Tomate De Árbol.

INICIO


DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA EN EL PROCESO EN LA EXTRACCIÓN DE PULPA DE TOMATE DE ARBOL

Compra del tomate de árbol, selección preliminar y general.

RECEPCION DE MATERIAS PRIMAS

SELECCIÓN DE MATERIA PRIMA

DESPULPADO

PROCESO DE ESMALTADOPROCESO DE ESMALTADOPROCESO DE ESMALTADOPROCESO DE ESMALTADO

PASTEURIZACION

MOLDEO Y DECORACION

HOMOGENIZACION

EMPACADO

EMPAQUETADO Y ALMACENADO EN CUARTO FRIO

FIN

CONTRO DE CALIDAD 1: VALIDACION DE LA

CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA

CONTRO DE CALIDAD 2: SE VALIDA QUE FRUTA TENGA

LA CONSISTENCIA ADECUADA

CONTRO DE CALIDAD 3: SE VALIDA QUE LA FRUTA

TENGA UN COLOR Y CONSITENCIA UNIFORME


Transporte del tomate del árbol en canastillas hasta la planta de procesamiento.

Inspección y selección sacando impurezas y producto deteriorado.

Lavado por la banda lavadora y por rodillos.

Transporte del tomate de árbol hasta la marmita eléctrica, para el escaldado.

Despulpado en maquina despulpadora.

Refinado de la pulpa en máquina despulpadora y tamiz menor.

Enfriamiento: Transporte por tubería para el tanque frio.

Envasado y sellado

Almacenamiento en cuarto frio hasta el despacho para el distribuidor y consumidor final.

Diagrama 2. Etapas en el recorrido del proceso de elaboración de pulpa.

Letras = Equipos básicos

Números = procesos con la fruta

Tabla 1. Resumen de la gráfica anterior en las etapas en la planta de operaciones básicas en el proceso de extracción de pulpa de tomate de árbol.

EQUIPO CORRIENTE

A MESA DE SELECCIÓN

1. FRUTA ENTERADE TOMATE DE


ARBOL

B LAVADORA DE LA FRUTA

2. FRUTA SELECCIONADA

C TANQUE DE ESCALDADO

3. FRUTA RECHAZADA

D TANQUE DE ENFRIAMIENTO

4. FRUTA SIN CASCARA

E MESA DE ESCALDADO

5. CASCARA

F DESPULPADORA 6. PULPA

G PASTEURIZADO 7. RESIDUO

H EMPACADORA

Tabla 1. La columna de letras indica el equipo básico a utilizar en las diferentes etapas del proceso de extracción de pulpa y las columnas de números indican el resultado de

proceso con respecto a la transformación de la fruta de tomate.


Tabla 2. Diagrama analítico para obtención de pulpa de fruta tomate de árbol.

DESCRIPCION SIMBOLO OBSERVACIÓN

Recepción M. P Verificar la calidad Enjuague Eliminar macro suciedadTraslado a pesajePesado Determinar cantidadesSelección Asegurar calidad (madurez)Traslado a lavadoLavado Verificar limpiezaDesinfección y Enjuague

Verificar Concentración del desinfectante

Traslado a adecuación

Adecuación Verificar calidad

A pesado

Pesado

Traslado a escaldar

Escaldado

Controlar Temperatura-tiempo

Traslado a despulpado

Despulpado Rectificar tamices a usar

Formulación Verificar cantidades de insumos y características.

EmpacadoVerificar asepsia bolsas

Almacenaje Verificar condiciones


TOTAL 6 6 4 2 1En donde: Operación Transporte Espera Inspección Almacenamiento

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA EN EL PROCESO DE TRATAMIENTO DE

LAS FRUTAS

En la industrialización de los productos además de obtener unos subproductos, se adquieren residuos de menor valor, para, lo cual requieren de un estudio minucioso sobre cada efecto, paso por proceso en las operaciones básicas.

Materia: es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, está compuesto por masa, por consiguiente se percibe, se ve y se puede tocar con al tacto.

Masa: es la materia o sea todo lo que compone un cuerpo y tiene peso.

Energía: es todo aquello: que puede hacer cambiar las propiedades físicas de la materia, definida también como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo.

BALANCE DE MATERIA

Es el método matemático que se basa en la ley de conservación de la materia y por el cual establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante, la masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir o acumularse dentro de él. Dentro del balance de materia se encuentran varios tipos como son:

Balance integral: se enfoca en el comportamiento global.

Balance diferencial: se describe al interior del sistema.

BALANCE DE ENERGÍA:


Está definida como todo aquello que puede hace cambiar las propiedades físicas de la materia y la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico. El calor es una forma de manifestación de energía y se mide cuando un cuerpo se pasa a otro.

Como en la preservación de los alimentos se ha incrementado en los procesos para impedir o evitar el desarrollo de microorganismos para que el alimento no se deteriore y dure en su almacenamiento sin perder sus propiedades alimenticias, de sabor y de olor. Aumentando o disminuyendo temperatura como se hace en el proceso de los alimentos.

Por lo tanto en los procesos de producción ha sido necesario utilizar diagramas de flujo, ya que es la forma gráfica de representar los detalles en las secuencias o pasos de industrialización de los productos; además estos muestran de manera clara y breve el camino paso a paso que se debe seguir para llegar a una solución. A continuación se muestra un diagrama de flujo en el proceso de extracción de pulpa de fruta de tomate de árbol.


Diagrama 3. Diagrama de flujo de materia y energía proceso de extracción de pulpa de tomate de árbol.

H20 + 10%Vapor

Recirculacion + 20%

Evaporacion condensados F J K

L7,305 Ton 7,143 Ton 7,143 Ton 5 ton

A E I M OB C D G H En proporcion de 1,5 a 1 7,143 Ton 20% N ÑMerma Semillas 10%Tomate dañada Cascaras Tomate verde

Relacion 2:1

1,5 ton F 0.5 ton A 0.25 ton T 0.05% B 0.05 % Z20% H

5 ton0.5 ton 0.6 tonC P

1,25 ton J90% d 10% v

1 ton R 0,75 ton O

Fruta Fruta Fruta FrutaFruta a °4 C Extraccion de calor -14°c -50°C Extraccion de calor -50°C 10°C

1000 Kg 444,44 Kg 444,44 Kg 202,02 Kg 202,02 Kg

AguaHielo 555,56 Kg Extraccion de calor Sublimada 242,42 Kg Adicion de calor

4230,7 KgAgua

3750,08 Kg 4190,03 Kg 4190,03 Kg 4067,9 Lts1250,03 Kg J 4067,9 Lts

419 Kg 20,95 KgAzucar-10% Estabil i zante

1351.62 Kgs M

LICUADO

CALENTAMIENTO

Adicion de calor

ALMACENADO A AMBIENTEMEZCLAENVASADO (en Botellas.250cc) PASTEURIZACION

Botellas de 250 cc.

DIAGRAMA DE FLUJO-PROCESAMIENTO PULPA DE TOMATE DE ÁRBOL

DESPULPADO

Agua de juagado Agua de Enjuague

0.02 % S

Solucion de LimpiezaIntercambiador de calor

Riego de agua a 90°c

RECIBOSELECCIÓN y

CLASIFICACION LIMPIEZA ESCALDADO

EMPAQUE

FRUTA PARA PROCESOS

1500 Kgs M 1 1350 Kgs M 2 1350.27 Kgs M2

FRUTA ALMACENADA CRIOCONCENTRACION SUBENFRIAMIENTO

2500,05 Kg adicion Agua

LIOFILIZACION

16271,95 Unid.

Botellas de 250 cc.

16271,95 Unid.

DesulfitaciónAdición y mezclade los materiales

Cocción Regulacióndel PH enfriamiento


Tabla 3. Balance De Energía En Proceso De Extracción De Pulpa De Tomate De Árbol

SIMBOLO UNIDAD VALOR PORC.

F Ton 7,305 100%7,305

F Ton 7,305 100%7,305

F Ton 7,305 100%7,305

Fd Ton 0,052 0,7%

Fv Ton 0,098 1,3%Me Ton 0,012 0,2%Fr Ton 7,143 97,8%

Ton 7,305 100,0%

Fr Ton 7,143 97,8%

Raf 2

H Ton 14,286 100%

Ad Ton 2,85724,286

Fl Ton 7,143 97,8%

Hs Ton 14,286 100%

Sr Ton 2,8572Ton 24,2862

Fl Ton 7,143 97,8%Rae 1,5He Ton 10,715 75%Pe Ton 1,4286 10%Ac Ton 1,071 7,5%

18,929

Fe Ton 7,143 97,8%

Hr Ton 10,7145 75%V Ton 1,07145 7,5%

Ton 18,929

Fe Ton 7,143 97,8%

Ton 7,143

Rs % 20%S Ton 1,4286 19,6%

Rc % 10%C Ton 0,7143 9,8%

Rp % 70%P Ton 5,000 68,4%

Ton 7,143 97,8%

P Ton 5,000 68,4%Ton 5,000

FP Ton 1,500 20,5%J Ton 1,25 17,1%

A Ton 1,00 13,7%

O Ton 0,75 10,3%

M Ton 0,50 6,8%

Ton 5,000 68,4%

Relacion pulpa pulpa lista.

TOTAL SALIDAS

Preparacion de mermelada-----10% de la pulpa.

Fruta ESCALDADA

SALIDAS

Almacenamiento en refrigeracion-----20% de la pulpa. Osmodeshidratacion-----15% de la pulpa.

Relacion cascara

TOTAL SALIDAS

SALIDAS

Cascara (desecho)

Agua recuperada Agua Evaporada

DESPULPADOENTRADAS

Relacion agua-Escaldado Agua para Escaldado

Agua para compensar evaporacion

Fruta Escaldada

TOTAL SALIDAS

Solucion servidaTOTAL SALIDAS

TOTAL ENTRADAS

SALIDAS

Relacion Semillas

ENTRADAS Fruta lavada

Semillas (desecho)

ENTRADAS Fruta revisada

Fruta fresca-----30% de la pulpa. Obtencion de jugo-----25% de la pulpa.

RECIBOENTRADAS Fruta fresca

TOTAL ENTRADAS

FRUTA PARA PROCESOSENTRADAS

SALIDAS

TOTAL ENTRADAS

SALIDAS

pulpa lista.TOTAL ENTRADAS

Merma Fruta revisada

TOTAL SALIDAS

Relacion agua-fruta

TOTAL ENTRADAS

SALIDAS

TOTAL ENTRADAS

ENTRADAS Fruta fresca

Agua requerida

Perdidas por Evaporacion

fruta dañada

Fruta frescaTOTAL SALIDAS

Fruta lavada Agua servida

LIMPIEZA

SELECCIÓN Y CLASIFICACION

fruta verde

ESCALDADO

Adicion 20% solucion fresca


Tabla 4. Balance de materia en pulpa para jugo

Cantidad pulpa para jugo kg 1250,03

Cantidad pulpa en el jugo kg 29,83333 1250,03Agua de adiciòn kg 59,66667 2500,05Azùcar A kg 10 419,00Estabilizante E kg 0,5 20,95Total jugo kg 100 4190,03Cantidad agua y pulpa en el jugo kg 89,5 3750,08

Envasado Kg 4190,03Densidad del jugo considerada =1,03 kg/lt 1,03volumen del jugo lt 4067,99frascos 250 cc Un 16271,95

Agua pasterizaciòn (1 frasco volumen aprox. de 260 cc) lt 4230,71


Tabla 5. Balance de materia en pulpa para mermelada

SIMBOLO UNIDAD VALOR PORC

PL Ton 0,500 6,8%Ha Ton 0,100

0,600

X Ton 0,600

Ton 0,600

X Ton 0,600DA Ton 0,600DT Ton 0,300

Ton 1,500

X Ton 1,500

1,500

X Ton 1,5001,500

V Ton 0,150

Y Ton 1,351,500

Y Ton 1,350S Ton 0,00027

1,3503

W Ton 1,3501,3503

W Ton 1,3502925B Ton 0,00067515Z Ton 0,00067515

1,35164279

M Ton 1,351642791,35164279

MERMELADA PARA ENVASARTOTAL SALIDAS

Adicion de Z (SORBATO DE POTASIO)--RELACION 1: 0,05TOTAL ENTRADAS

SALIDAS

ENTRADAS M 3 Adicion de B (BENZOATO DE SODIO)--RELACION 1: 0,05

Adicion de sal (0,27 kg)

M 3 ENTRA A ENFRIAMIENTO

M 2

TOTAL ENTRADAS

SALIDAS M 3

ENTRADAS

TOTAL SALIDAS

M 2 ENTRA A REGULACION DEL PH

M 1

M 1

TOTAL SALIDAS

ENTRADAS pulpa diluida sin anhidrido sulfuroso

PULPA DILUIDA PARA MEZCLADOR

adicion de pectina--relacion 1:0,5

M 1 ENTRA AL EVAPORAR

Agua adicion

adicion de azucar--relacion1:1

TOTAL ENTRADAS

SALIDAS

ENTRADAS

SALIDAS Evaporacion del agua 10% M 2

TOTAL SALIDAS

TOTAL SALIDAS

TOTAL ENTRADAS

SALIDAS Pulpa sin anhidrido sulfuroso

PULPA PARA MERMELADAENTRADAS pulpa lista DESTINADA PARA MERMELADA

TOTAL ENTRADAS


Tabla 6. Balance general de materia desde la entrada hasta la salida

UNIDAD VALOR PORC.Frruta Fresca Ton 7,305 100%Fruta lavada Ton 7,143 97,8%

Fruta Escaldada Ton 7,143 97,8%Despulpado (Semillas-Cascara) Ton 2,1429 29,3%

Pulpa lista Ton 5 68,4%Pulpa para jugo Ton 1,25 17,1%

Pulpa para memerlada Ton 5 68,4%Mermelada para envasar Ton 1,351 18,5%

Cantidad de agua Ton 14,286

BALACE GLOBAL DESDE LA ENTRADA DE LA FRUTA AL PROCESO

97,8%

Tabla 7. Es la descripción En balance general de materia del total de la fruta fresca el 68.4 % se utiliza como pulpa lista para mermelada. El porcentaje de mermelada que se envasa a a partir del global es del 18.5 %.

En las primeras etapas de lavado, limpieza y escaldado se pierde un 2.9% de la fruta.

En el proceso de despulpado se pierde un 29,3 % de la fruta fresca que corresponden a los desechos de semillas y cascara.

El 17.1% de la fruta se utiliza como pulpa para jugo.

Sin tener en cuenta los aditivos de agua, azúcar, etc, el proceso de extracción de pulpa es eficiente.


BALANCE DE energía EN PROCESO DE EXTRACCION DE PULPA DE TOMATE DE ARBOL





.


CONCLUSIONES.

En las temáticas identificadas del curso balance de materia y energías se a concluido de manera clara que el procesamiento de alimentos en la industria de alimentos preserva los alimentos que son perecederos mediante un proceso y con la ayuda da sustancias químicas como aditivos y persevantes, durante el cual hace uso de una materia y una energía donde logra satisfacer los gustos alimenticios de la población, además que los alimentos procesados toman gran importancia económica en el país y especialmente en los productores agroindustriales.

En los procesos de producción ha sido necesario utilizar diagramas de flujo, ya que es la forma gráfica de representar detalladamente la información en secuencias o pasos que deben seguir en la elaboración de industrialización de los productos; además estos muestran de manera clara y breve el camino paso a paso que se debe seguir para llegar a la excelente transformación de un producto.

Los balances de materia y energía se basan en las leyes de la conservación de la masa y la energía. Según los grandes expertos estas leyes indican que la masa y energía son constantes y que por lo tanto la masa y la energía entrante a un proceso, deben ser iguales a la masa y energía salientes a menos que se produzca una acumulación o merma dentro del proceso, como quedó demostrado en los balances realizados.

Con el escaldado se reduce la actividad enzimática y en algunos casos mejora el color en las frutas. Con el escaldado se compacta el producto al colapsarse estructuras internas y eliminarse gases. Así el alimento no flota en el líquido de gobierno, lo que es muy conveniente en el caso de conservas.

El balance de materia y energía es indispensable para poder medir los niveles de rendimiento de la elaboración de un determinado producto alimenticio y los costos del mismo, además como podemos mejorar los procesos para tener mejor calidad y eficiencia. por lo anterior la importancia del uso eficiente de la energía en una empresa de producción es porque, es uno de los recursos más costosos pero indispensable dentro de una empresa de producción; ya que debido a la utilización y modernización tecnológica hacia la actual aspiran las empresas suele incluir el aumento del uso de energía y la demanda de energía está aumentando mundialmente y seguirá creciendo debido al cambio de actividades agrícolas e industriales, debido a lo cual se debe utilizar adecuadamente.


Bibliografía

Fonseca vigora Víctor Jairo, Balance De Materiales Y Energía, UNIDA 1 Facultad

De Ciencias Básicas E Ingenierías, Universidad Nacional Abierta Y A Distancia

UNAD- BOGOTA, 2009.

Berrio, C. (9 de Mayo de 2011). Hablemos de Tomate de Arbol. Obtenido de Hablemos de Tomate de Arbol: http://cipaisafruits.blogspot.com/

Manual de Manejo CORPOICA. (1 de Junio de 2008). Corporacion Colombiana de Investigacion Agropecuaria, CORPOICA. Obtenido de Corporacion Colombiana de Investigacion Agropecuaria, CORPOICA: http://corpomail.corpoica.org.co/BACFILES/BACDIGITAL/54898/54898.pdf

Fonseca Vigoya Victor Jairo, Modulo de Balance de Materia y Energia..2009

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Trabajo Final (1)

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