Diseño de una planta procesadora de Néctar de Fruta.docx

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2013

NATALIA MOSCOSO, ROBERTO GUANOLUISA, WLADIMIR TIERRA

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Diseño de una planta procesadora de

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RESUMEN

El siguiente trabajo es el diseño de una planta procesadora de néctar de naranja (Citrus sinensis) localizada en la provincia de Bolívar, en el cantón Caluma. El diseño se realizó de manera que el proceso optimice recursos, garantice el producto inocuo y que cumpla los estándares nacionales e internacionales para satisfacer el mercado ecuatoriano existente.

Se plantearon dos alternativas de tecnologías para el procesamiento de la fruta, se presentan a demás los diagramas de bloques del proceso, se detallan los equipos a utilizar y las actividades e interrelaciones con ayuda de diagramas y tablas.

Se realizaron los balances de masa y energía para los requerimientos de la planta. Finalmente se realizó la distribución de la planta en el programa Visio 2010, la simulación de la operación más crítica en el programa en Excel 2007 con el uso de macros, programando en Visual Basic y se simuló todo el proceso en el programa SIMUL8.

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TABLA DE CONTENIDOS

Resumen……….. 2

1. Ingeniería Conceptual ... 6

1.1 Definición del producto ... 6

1.2 Capacidad y localización de la planta ... 7

1.3 Estudio de la disponibilidad de materia prima e insumos ... 7

1.4 ANÁLISIS DE LAS ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS ... 8

1.5. Sistemas auxiliares requeridos ... 11

2. Ingeniería Básica ... 15

2.1 Introducción ... 15

2.2 Descripción del alcance del proyecto ... 17

2.3 Estándares y normas técnicas nacionales e internacionales a utilizar ... 17

2.4 Sistema de unidades a utilizar ... 17

2.5 Diseño del proceso tecnológico ... 18

2.5.1 Diagrama de bloques (BFD) ... 18

2.5.2 Diagrama de flujo (PFD) ... 23

2.5.3 Plano de simbología, abreviaturas y nomenclatura utilizadas en Equipos y líneas de corriente ... 24

2.5.4 Descripción detallada del proceso ... 24

2.5.5 Número de operarios ... 27

2.5.6 Sumario de propiedades de las corrientes ... 27

2.5.7 Balance de masa y energía ... 28

2.6 Diseño básico de la planta ... 30

2.6.1 Tabla relacional de actividades ... 30

2.6.2 Lista de equipos en cada área ... 31

2.6.3 Hoja de especificaciones técnicas de los equipos ... 31

2.6.4 Distribución en planta del área de producción ... 34

2.7 Simulación de un proceso ... 39

2.7.2 Simulación del trabajo de la planta……….………... 39

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2.11 requerimientos de agua y de vapor………49

2.12 circulación de agua………. 52

2.13 selección del caldero………54

2.14 plan de limpieza y desinfección de la planta procesadora de néctar de naranja………..55

2.15 identificación de puntos críticos y puntos críticos de control en el proceso………. 59

CONTENIDO DE FIGURAS Fig. 1. Diagrama de flujo de elaboración de néctar de naranja ... 11

Fig. 2. Diagrama de flujo de elaboración de néctar de naranja ... 12

Fig. 3 Diseño final de la planta procesadora de néctar de naranja... 13

Fig. 4. Tendencia consumo de jugo de fruta en Quito. (Banco Central del Ecuador, 2009) ... 16

Fig.5. Diagrama básico del procesamiento de néctar de naranja ... 19

Fig.6. Diagrama de los pasos del procesamiento de néctar de naranja ... 20

Fig.7. Diagrama de los equipos del procesamiento de néctar de naranja ... 21

Fig.8. Diagrama de recorrido del procesamiento de néctar de naranja ... 22

Fig.9. Diagrama de la ingeniería del procesamiento de néctar de naranja ... 23

Fig. 10 Balance y energía del proceso de producción de néctar de naranja ... 29

Fig. 11 Tabla relacional de actividades realizadas en la planta procesadora de néctar de naranja ... 30

Fig. 12 Distribución de equipos a utilizar en una procesadora de néctar de naranja para el área de producción ... Error! Bookmark not defined. Fig. 13. Distribución final de equipos en una planta procesadora de néctar de naranja ... 36

Fig. 14 Distribución de equipos en una empresa procesadora de néctar de naranja ... 38

Fig. 15. Simulación del proceso completo en Simul8………..41

Fig. 16. Diagrama de equipos con su respectiva identificación para procesamiento de néctar de naranja……….43

Fig. 17. Color de las tuberías de la lavadora de cepillos con su identificación………44

Fig. 18. Color de tuberías que transportan fluidos hasta la mezcladora……….……..44

Fig. 19. Tubería que sale del mezclador hacia el pasteurizador………..………..45

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Fig. 21. Tubería que transporta el néctar de naranja desde el pasteurizador hasta la embotelladora con su

señalética………..……….………..……….………..46

Fig. 22. Simulador para determinar curvas de operación de la empresa American-Marsh Pumps…………47

Fig. 23. Curva de operación 1 para las condiciones determinadas………..……….48

Fig. 24. Curva de operación 2 para las condiciones determinadas………..………….48

Fig. 25. Curva de operación 3 para las condiciones determinadas………...…… 49

Fig. 26. Operaciones unitarias del proceso y líneas de circulación de agua………..……52

Fig. 27. Reservorio de agua………..………..………..……….53

CONTENIDO DE TABLAS Tabla 1. Relación de producción de naranja de Caluma frente a la producción nacional ... 7

Tabla 2. Disponibilidad en el Ecuador de insumos locales e importados para la elaboración de néctares de frutas. ... 8

Tabla 3. Consumo de jugo de fruta en Quito (Banco Central del Ecuador, 2009) ... 16

Tabla 4. Magnitudes y unidades en el sistema SI ………. 18

Tabla 5. Símbolos utilizados ... 24

Tabla 6. Formulación del néctar de naranja ... 26

Tabla 7. Balances de masa en elaboración de jugo de naranja ... 27

Tabla 8. Requerimiento de agua en todo el proceso ... 28

Tabla 9. Energía requerida para la pasteurización ... 28

Tabla 10. Listado de equipos en la planta procesadora de néctar de naranja ... 31

Tabla 11. Equipos empleados en el proceso ... 32

Tabla 11. Equipos empleados en el proceso (Continuación) ... 33

Tabla 11. Equipos empleados en el proceso (Final) ... 33

Tabla 12. Identificación de equipos y áreas para planta procesadora de néctar de naranja……….…….43

Tabla 17. Resumen de los colores y adhesivos de las tuberías que transportaron a los fluidos que intervinieron en el proceso………45

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Tabla 19. Cantidad de vapor de agua diario requerido para el procesamiento de néctar de naranja……49 Tabla 22. Frecuencia de limpieza de las diferentes zonas de la planta procesadora de néctar de

naranja………..55 Tabla 23. Ejemplo del registro de monitoreo de limpieza……….56 Tabla 24. Resumen de análisis de análisis de peligros y puntos de control critico Néctar de Naranja…..61

1. INGENIERÍA CONCEPTUAL 1.1 DEFINICIÓN DEL PRODUCTO

El producto a elaborar es néctar de naranja (Citrus sinensis) pasteurizado, con sabor similar a naranja fresca con largo tiempo de vida útil.

Según la norma INEN 2337:08 (jugos, pulpas, concentrados, néctares, bebidas de frutas y vegetales. Requisitos) néctar es un producto obtenido de mezclar jugo o pupa de fruta con agua, endulzantes y demás aditivos permitidos.

Establece también que debe tener las características sensoriales propias de la naranja, sin sabores ni olores extraños. El pH debe ser menor a 4,5 y el contenido mínimo de sólidos solubles (°Brix) es 4,5.

Esta norma también permite el uso de edulcorantes aprobados por la NTE INEN 2074, Codex Alimentario y la FDA, a demás de la adición permitida de vitaminas según la norma NTE INEN 1 334-2.

Como requisitos específicos se establece que el aporte de fruta de alta acidez será mínimo del 5% en peso.

En el néctar de naranja a elaborar se adicionará ácido cítrico para regular el pH. Tanto el benzoato como el sorbato de sodio como conservantes se añadirán con el fin de alargar la vida útil de producto final.

Las características sensoriales del producto a elaborar son:

Sabor. A jugo de naranja fresco, sin sabor amargo ni exceso de endulzante. Color. Amarillo claro similar al jugo de naranja.

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Las características fisicoquímicas del néctar a elaborar son: pH 4,5 y 9 °Brix.

1.2 CAPACIDAD Y LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA

La planta procesadora de néctar de naranja se localizará en el cantón Caluma ubicado a 62 km al sur occidente de Guaranda, capital de la Provincia de Bolívar. Su producción de naranja es una de las más grandes del Ecuador. Se establecerá la planta cerca de la producción de materia prima y debido a que la localización de la planta es céntrica para cualquier parte del Ecuador se proveerá inicialmente a la provincia y posteriormente a nivel nacional.

El lugar donde se establecerá la planta posee sistemas de electricidad y suministro de agua regulados por el municipio del Cantón.

Las plantas procesadoras dentro del cantón son de producción de cacao fermentado y tostado para exportación al igual que plantas procesadoras de café que también se produce en la zona, pero no existe ninguna procesadora de naranja, es por eso que la producción se destina a venta como fruta fresca.

La capacidad de producción de la planta es de 800 L diarios que se van a envasar y sellar en botellas de 500ml, finalmente se embalaran con láminas de polietileno termo encogible en grupos de 12 botellas plásticas.

1.3 ESTUDIO DE LA DISPONIBILIDAD DE MATERIA PRIMA E INSUMOS MATERIA PRIMA

Ya que las condiciones climáticas y las características propias de la provincia de Bolívar son favorables para el cultivo de naranja se tiene como resultado que en el año 2012 se registraron 10 639 hectáreas de cultivo de naranja, de las cuales 2 650 hectáreas se encuentran en el Cantón Caluma. (Armas A. 2012).

Comparando la producción a nivel nacional se tiene la siguiente tabla, donde se observa que la producción de la provincia de bolívar en alta, corresponde al 60,3% a

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Nivel Producción (Has) Producción (TM) AÑO % Nacional 42 440 149 380 2001 100 Provincial 10 630 90 092 1996 60,3 Caluma 2 650 22 482 1996 25,0 Fuente: INEC,2010

La naranja cultivada en se vende como fruta fresca dentro y fuera de la provincia por lo que en este proyecto empleará el excedente de la producción de la zona para la

producción de néctar.

Según el ministerio de agricultura en el 2011 la producción de la fruta estuvo entre las 5.000 y 6.000 toneladas por hectárea al año.

INSUMOS

En el Ecuador según estudios de la Flacso se puede disponer de insumos nacionales o extranjeros como se observa en la siguiente tabla.

Tabla 2. Disponibilidad en el Ecuador de insumos locales e importados para la elaboración de néctares de frutas.

CATEGORÍA Insumos Nacionales % total por categoría Insumos Importados %total por categoría

Aditivos, azúcar, saborizantes, esencias, almidones

3 674 937 15.7 - 0

Envases, envolturas, etiquetas, empaques en general

5 337 352 22.8 303 089 12.6

Frutas y pulpas 12 776 733 54.6 2 110 550 87.4

Otros 1 629 894 7 - 0

Total 23 418 916 8 413 639

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Para el procesamiento de néctar de naranja se presentan varias alternativas en las diferentes etapas del proceso de producción como la selección y clasificación de

materia prima, el tratamiento para garantizar la inocuidad del producto final, la forma de extracción del jugo de la fruta, envasado, embalado, etc.

Clasificación y selección. Esta etapa se puede realizar manualmente y por separado, primero la clasificación de fruta en buen estado y posteriormente la selección por tamaño dependiendo de los parámetros de funcionamiento del extractor a utilizar. Por otra parte se puede realizar también con equipos que trabajen de forma automática con sensores de color que determinen el grado de madurez de la fruta y la clasifique de tal forma que se garanticen las características del jugo para la mezcla y el producto final. En este proyecto se realizará la clasificación y la selección de forma consecutiva manualmente mediante el uso de una banda transportadora larga con adecuada distribución del personal. Esta alternativa se escogió debido a su bajo costo y mejores resultados en la selección.

Tratamiento para garantizar inocuidad. En esta etapa se pueden emplear tecnologías emergentes como tratamientos con altas presiones o tratamientos con pulsos eléctricos para eliminar microorganismos. El tratamiento tradicional que se puede utilizar y es el mas empleado es la pasteurización a pesar del cambio de sabor que se presenta después del tratamiento se prefiere por su bajo costo y efectividad.

En este proyecto se usará la pasteurización como tratamiento para garantizar la inocuidad debido que no es una producción tan grande que pueda justificar una inversión en una tecnología emergente como altas presiones. A demás de la disponibilidad de los equipos en el Ecuador.

Extracción del jugo. Para esta etapa las alternativas dependen fundamentalmente del nivel de producción y del diámetro de la materia prima y el sistema a emplear existen sistemas de perforación y presión o corte y presión.

Debido al costo y el volumen de producción de la planta se utilizará el sistema de corte y presión continuo.

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Para este proyecto se empleará una envasadora selladora con sistemas de llenado automático y posteriormente se realizará en embalado en otro equipo.

A. PROPUESTAS INICIALES PARA EL DISEÑO

La primera alternativa presentada fue la que se observa en la figura 1 en donde se emplean tratamientos como tamizado, desairado, homogenizado y para la garantizar la inocuidad se emplea altas presiones.

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70000 kg naranjas /día Recepción Selección 1 Fruta rechazada Lavado Extracción Mezcla Presurización Envasado 500 lt/día Residuos Selección 2

Clasificación según tamaño

Tamizado

Fig. 1. Diagrama de flujo de elaboración de néctar de naranja

Otra alternativa presentada inicialmente fue la que se observa en la figura 2 donde el tratamiento para garantizar la inocuidad es con tratamiento térmico (pasteurización).

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70000 kg naranjas /día Recepción Selección 1 Fruta rechazada Lavado Extracción Mezcla Pasteurización Almacenamiento 500 lt/día Residuos Selección 2

Clasificación según tamaño

Tamizado

Fig. 2. Diagrama de flujo de elaboración de néctar de naranja

B. SELECCIÓN DEL DISEÑO FINAL

Comparando las dos alternativas presentadas, analizando costos de equipos y simplicidad del proceso se decidió implementar una única zona de clasificación y selección antes de la etapa de lavado.

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La pasteurización permite obtener un producto inocuo pero con sabor diferente al del jugo fresco, sin embargo el costo de implementación es aceptable y la disponibilidad del equipo es alta.

El tratamiento con altas presiones permite obtener un producto inocuo con características similares a las del jugo fresco, el sabor no se cambia y no se pierde vitamina C como ocurre con el tratamiento térmico.

Finalmente se decidió usar el tratamiento de pasteurización como se observa en la figura 3 debido al costo, a la disponibilidad del equipo y según el estudio de mercado.

NARANJAS 1000 kg

Recepción de la materia prima

Extracción Mezcla Desaireado Esterilización Enfriado 831,02 kg de néctar de naranja Precalentamiento Selección y clasificación Envasado aséptico Empacado

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1.5 SISTEMAS AUXILIARES REQUERIDOS

Para las operaciones de la planta se requieren instalaciones adicionales que permitan el funcionamiento de los equipos.

Los sistemas a utilizar son:

 Válvula de verificación

 Válvula de control

 Bomba centrifuga

 Sistema de tuberías con aislante para el vapor de la caldera y el condensado.

 Tuberías de trasporte del néctar

 Sistema de energía eléctrica

 Cisterna

 Sistema de drenaje

 Equipos anti-incendios

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2. INGENIERÍA BÁSICA 2.1 INTRODUCCIÓN

El néctar de naranja, es una de las bebidas más elaboradas a nivel mundial, por la facilidad de trabajo, la gran disponibilidad de materia prima, y principalmente es muy apreciada por sus alto contenido de vitamina C, la cual es indispensable para que el ser humano, principalmente en el combate contra enfermedades, incluida las respiratorias.

En la fabricación de néctar de naranja, los procesos de fabricación permiten tener un producto de alto nivel de calidad, natural, y de bajo costo para el consumidor. La aplicación de tecnologías de preservación de alimentos, como la pasteurización por ejemplo, permite tener alimentos asépticos y de alto valor nutritivo cuando se aplica el tratamiento adecuado para garantizar la presencia de vitamina C, la cual es de interés para el público consumidor de este producto.

Según estadísticas del Banco Central del Ecuador, la tendencia ha ido de la mano con el aumento de la población en Quito, es decir, a mayor población, mayor cantidad de jugo en demanda, aunque no se poseen encuestas específicas para cada tipo de jugo, se conoce que el consumo de jugos, año tras año, va en aumento, lo que motiva, a todas las empresas productoras de jugos a centrar su demanda hacia este sector alimenticio de bebidas.

Este proyecto busca el procesamiento de jugo natural de naranja, aunque necesariamente, necesita la presencia de conservantes, pero en mínima cantidad, con el fin de proveer una bebida natural de alto valor nutritivo.

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Fuente: Banco Central del Ecuador, 2009

Fig. 4. Tendencia consumo de jugo de fruta en Quito.

Tabla 3. Consumo de jugo de fruta en Quito

Fuente: Banco Central del Ecuador, 2009

125000000 130000000 135000000 140000000 145000000 150000000 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Co n su m o PC Año

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2.2 DESCRIPCIÓN DEL ALCANCE DEL PROYECTO

Diseñar una planta procesadora de néctar de naranja mediante la elección adecuada de alternativas del proceso de producción, utilizando el excedente de producción de materia prima en el cantón Caluma.

2.3 ESTÁNDARES Y NORMAS TÉCNICAS NACIONALES E INTERNACIONALES A UTILIZAR

Para la elaboración del néctar de naranja se toman en cuenta los parámetros establecidos en las siguientes normas INEN:

Jugos, pulpas, concentrados, néctares, bebidas de frutas y vegetales. Requisitos, INEN 2337:08, establece los requisitos específicos que debe cumplir un néctar de fruta.

Permite el uso de endulzantes y aditivos alimentarios, a demás de proporcionar las características fisicoquímicas, el recuento total de microorganismos, composición mínima de jugo de fruta en el néctar y los límites establecidos de aditivos.

Aditivos alimentarios permitidos para consumo humano. Listas positivas. Requisitos NTE INEN 2074, en donde se encuentran los edulcorantes aprobados por el Codex Alimentario y la FDA, a demás de lista de vitaminas permitidas como aditivos.

2.4 SISTEMA DE UNIDADES A UTILIZAR

El sistema de unidades a utilizar es el sistema internacional (SI), las unidades y magnitudes se encuentran detalladas en la siguiente tabla 4.

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Tabla 4. Magnitudes y unidades en el sistema SI

MAGNITUD UNIDAD SÌMBOLO

Longitud Metro m Masa Kilogramo kg Tiempo Segundo s Temperatura Kelvin K Energía Joules J Potencia kilowatios kW

2.5 DISEÑO DEL PROCESO TECNOLÓGICO

A continuación se presentan los diagramas del proceso tecnológico a utilizar en la planta procesadora de néctar de naranja. Todos los diagramas fueron realizados en el programa Visio 2010.

2.5.1 DIAGRAMA DE BLOQUES

El diagrama de bloques o diagrama básico que se presenta en la figura 5 es la secuencia de los pasos para la realizacion de néctar de naranja. Adicionalmente se tiene marcadas las etapas después de las cuales se debe realizar la documentación correspondiente. El diagrama básico sirve para tener una visión general del proceso que se va a realizar sin mayor detalle aparte de la secuencia de actividades a realizar.

El siguiente diagrama es el de pasos del proceso (figura 6) donde se detallan los parámetros de las operaciones a realizar como temperatura, tiempo, además de los equipos, la cantidad de materia prima a procesar y la cantidad de néctar que se va a obtener después de una jornada laboral.

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DIAGRAMA BÁSICO

INICIO

EXTRACCIÓN DEL JUGO

MEZCLA (Formulación)

PASTEURIZACIÓN FIN

Diagrama básico del proceso de producción de néctar de naranja. NATALIA MOSCOSO WLADIMIR TIERRA

08/07/2013

Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL:

DISEÑO DE PLANTAS AGROINDUSTRIALES I

REGISTROS, FACTURAS RECEPCIÓN DE LA MATERIA PRIMA

SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN PESADO DE LA MATERIA PRIMA

LAVADO DE LA MATERIA PRIMA ENVASADO EMPAQUE EMBALADO DISTRIBUCIÓN

REGISTROS EMPAQUE Y DISTRIBUCIÓN

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PASOS DEL PROCESO

1000 kg naranjas/día RECEPCIÓN En kavetas plásticas PESADO En balanza digital, se apilan 4

kavetas a la vez

CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN En una banda transportadora se voltean las kavetas y se retiran las

mas pequeñas o en mal estado

LAVADO En la lavadora de frutas, con cepillos rotatorios y aspersores de

agua con desinfectante

EXTRACCIÓN En el exprimidor automático con

sistema corte presión

Se mezclan todos los ingredientes en una pequeña cantidad de jugo y luego se agrega a todo el tanque

de mezcla con agitación MEZCLA PESO DE INGREDIENTES

En una balanza se pesan todos los ingredientes de la formulación del néctar

En un pasteurizador de tubos se realiza el desairado y se somete al néctar a 65°C por 30 min y se enfría

hasta 5°C PASTEURIZACIÓN Se envasa en una envasadora

selladora. ENVASADO EMBALAJE Y DISTRIBUCIÓN El embalaje es en empaques de 12

y 24 botellas de 500ml. Se realiza en la fajadora con film

termoretráctil 831,02 kg/día

Diagrama de pasos del proceso de producción de néctar de naranja. NATALIA MOSCOSO WLADIMIR TIERRA

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EQUIPOS

NARANJAS 1000 kg Balanza de acero inoxidable Mesa de acero inoxidable Lavadora de cepillos Exprimidora automática de acero inoxidable

Tanque de mezclado con agitador Pasteurizador tubular HTSTS con desaireador Envasadora . selladora 831,02 kg de néctar de naranja envasado Bomba Bomba Empacadora

Diagrama de equipos del proceso de producción de néctar de naranja. NATALIA MOSCOSO WLADIMIR TIERRA

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Fig.7. Diagrama de los equipos del procesamiento de néctar de naranja

El diagrama que se muestra en la figura 7 muestra los equipos necesarios para el procesamiento de néctar de naranja. La distribución de los quipos corresponde al orden de las operaciones consecutivas a realizarse según el diagrama básico.

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DIAGRAMA DE RECORRIDO

RECEPCIÓN SELECCIÓN CLASIFICACIÓN LAVADO EXTRACCIÓN Desechos Desechos Corteza y semillas MEZCLA PASTEURIZACIÓN ENVASADO EMBALAJE DISTRIBUCIÓN Y ENTREGA

Diagrama de recorrido del proceso de producción de néctar de naranja. NATALIA MOSCOSO WLADIMIR TIERRA

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Fig.8. Diagrama de recorrido del procesamiento de néctar de naranja

El diagrama de recorrido presentado en la figura 8 permite identificar el flujo de materia prima, material procesado y producto terminado de tal forma que en la tabla relacional

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2.5.2 DIAGRAMA DE FLUJO (PFD)

INGENIERÍA DEL PROCESO

NARANJAS 1000 kg

Balanza de acero inoxidable

Mesa de acero inoxidable

Lavadora de cepillos

Exprimidora automática de acero inoxidable

Tanque de mezclado con agitador Pasteurizador tubular HTSTS Envasadora . selladora 831,02 kg de néctar de naranja envasado Bomba Bomba Bomba de vacío Empacadora

Diagrama de ingeniería del proceso de producción de néctar de naranja. NATALIA MOSCOSO WLADIMIR TIERRA

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Fig.9. Diagrama de la ingeniería del procesamiento de néctar de naranja En la figura 9 se muestra el diagrama de ingeniería del proceso donde se detallan los equipos a utilizar y los equipos que permitirán su funcionamiento correcto como bombas.

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2.5.3 PLANO DE SIMBOLOGÍA, ABREVIATURAS Y NOMENCLATURA UTILIZADAS EN EQUIPOS Y LÍNEAS DE CORRIENTE

La simbología empleada en la distribución de planta y en los diagramas de flujo

anteriores fueron los estándares de American Society of Mecanical Engineers (ASME). A continuación se indica brevemente los símbolos utilizados y su significado.

Tabla 5. Símbolos utilizados

SIMBOLO ACTIVIDAD / ÁREA Blanco/ negro Color

Operación/ Montaje Verde**

Rojo**

Almacenamiento Amarillo **

Transporte Amarillo **

Inspección/ Control Azul **

Espera Amarillo ** Servicios Azul** Oficinas/ administración Marrón ** *ASME standard

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El proceso de elaboración de néctar de naranja se realiza siguiendo los pasos establecidos en el diagrama de procesos, a continuación se detallan las etapas del proceso.

RECEPCIÓN

La materia prima se recepta en gavetas plásticas y se pesa en la balanza industrial en no más de cuatro gavetas apiladas llenas de naranjas. El número de operarios en esta etapa dependen de la cantidad de materia prima a receptar.

SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN

La selección y clasificación se realizará mediante el uso de una banda transportadora, una persona al inicio de la banda transportadora se encargará de separar las naranjas en mal estado y las depositará en gavetas para posteriormente trasladar a la zona de desechos. Otra persona en la parte final verificará el tamaño adecuado para el ingreso posterior en la extractora.

LAVADORA DE FRUTA

La banda trasportadora de selección y clasificación termina en la alimentación de la lavadora de frutas. En esta etapa las naranjas dentro de la lavadora se rocía inicialmente con agua y desinfectante, posteriormente se enjuagan con agua a presión mediante los aspersores superiores al mismo tiempo que se realiza la rotación de cepillos eliminado la suciedad existente en la superficie de las frutas. Una vez terminado el trabajo de la lavadora, se retiran todas las frutas lavadas en gavetas limpias y se alimentan al extractor de jugo, en la parte superior.

EXTRACTOR DE JUGO

La exprimidora de frutas emplea el sistema de corte presión para extraer el jugo de la naranja.

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El jugo se transporta por la boquilla superior mientras que las pepas y la cáscara se desechan por la parte inferior del extractor.

FORMULACIÓN DEL NÉCTAR DE NARANJA

La formulación fue realizada tomando en cuenta el estudio de mercado en cuanto a las características del néctar de naranja más consumido, además de las Normas Técnicas Ecuatorianas en donde establecen los niveles permitidos de uso de aditivos y conservantes.

Según las normas INEN especificadas anteriormente, al néctar de naranja se adicionará ácido cítrico para regular el pH. Tanto el benzoato como el sorbato de sodio son conservantes y se añadirán con el fin de alargar la vida útil de producto final.

La formulación empleada en el néctar de naranja se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 6. Formulación del néctar de naranja

INGREDIENTES PORCENTAJE % PESO (kg)

Agua 89,78 379,44 Azúcar 9,00 28,25 Ácido cítrico 0,82 6,67 Benzoato de sodio 0,30 2,49 Sorbato de potasio 0,20 1,66 MEZCLA

Una vez pesados los ingredientes para la formulación de la tabla anterior se procede a mezclar el jugo de naranja extraído junto con los demás ingredientes. Inicialmente se disuelven y mezclan los ingredientes en un volumen pequeño de jugo utilizando un envase metálico de 1litro y finalmente se agrega a todo el tanque de mezclado lleno de jugo de naranja recién exprimido. Una vez uniforme la mezcla se procede a realizar la pasteurización.

PASTEURIZADOR

El tratamiento térmico se realiza en el pasteurizador una vez este cargado completamente. El vapor sobrecalentado ingresa a la tubería del pasteurizador y

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calienta el jugo hasta que llegue a la temperatura requerida y se mantenga. Inmediatamente ingresa agua fría en el equipo para realizar en enfriamiento rápido. ENVASADO, SELLADO Y EMBALADO

La alimentación de la envasadora-selladora es mediante la tubería de salida del pasteurizador, se conecta directamente y realiza automáticamente el llenado y sellado de botellas de polietileno de 500ml. Las botellas salen del envasado y sellado en línea consecutiva conectada directamente con el equipo de embalaje en donde se ordenan en filas de tres y columnas de 4, de tal forma que se embalen 12 botellas plásticas con el termo encogible.

2.5.5 NÚMERO DE OPERARIOS

Debido a que la planta se encuentra automatizada se requieren máximo de cuatro personas en producción para el trabajo de la planta. Adicionalmente se tiene el personal administrativo, chofer de entregas, recepcionista, gerente de ventas, gerente de producción y gerente general lo que da como resultado un total de 9 personas dentro de la organización.

2.5.6 SUMARIO DE PROPIEDADES DE LAS CORRIENTES Tabla 7. Balances de masa en elaboración de jugo de naranja

BALANCES DE MASA OPERACIÓN ENTRA SALE PRODUCTOS CO-PRODUCTOS Recepción 1000 kg 1000 kg 0 kg Selección y clasificación 1000 kg 902,1 kg 97,9 kg Lavado 902,1 kg 902,1 kg 0 kg Extracción 902,1 kg 415,51 kg 488,59 kg Mezcla* 415,51 kg (jugo de naranja) 379,44 kg (agua) 28,25 kg (azúcar) 6,67 kg (ác. Cítrico) 2,48 kg (benzoato de Na) 1,66 kg (sorbato de K) 831,02 kg de néctar 0 kg Pasteurización 831,02 kg 831,02 kg 0 kg

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BALANCE DE ENERGÍA Pasteurización Masa de agua requerida para enfriamiento

(

)

Tabla 8. Requerimiento de agua en todo el proceso

Tabla 9. Energía requerida para la pasteurización

2.5.7 BALANCE DE MASA Y ENERGÍA

Los balances de masa y energía se resumen en el siguiente diagrama (figura 10) realizado en Visio 2010. Se detallan los flujos en cada proceso y la potencia de cada

REQUERIMIENTOS DE AGUA Lavado 2000 kg Formulación 379,44 kg Pasteurización (vapor) 4,81 kg Pasteurización (enfriamiento) 61,61 kg TOTAL 2245,86 kg BALANCES DE ENERGÍA

Operación Energía requerida

(29)

B

A

LA

N

C

E

D

E

E

N

E

R

G

ÍA

BALANCE DE MASA

Diagrama de balances de energía y masa del proceso de producción de néctar de naranja. NATALIA MOSCOSO WLADIMIR TIERRA

08/07/2013

Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL: DISEÑO DE PLANTAS AGROINDUSTRIALES I NARANJAS 1000 kg RECEPCIÓN SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN LAVADO EXTRACCIÓN DESAMARGADO MEZCLA PASTEURIZACIÓN ENVASADO 831,02 kg de néctar de naranja ENVASADO Fruta rechazada 97,9 kg Agua + desinfectante 1800 kg Agua + desinfectante 1800 kg 902,1 kg de naranjas FORMULACIÓN Agua (88,78%) 379,44 kg Azúcar (9%) 28,25 kg A. cítrico (0,82%) 2,49 kg Benzoato de Na (0,3%) 2,49 kg Sorbato de K (0,2/) 1,66 kg 831,02 kg de néctar de naranja 0,37 KW 0,56 kW 0,9 kW 1,5 kW 4,47 kW 143,2 kJ/s 2,5 kW EMPACADO 17,9 kW Desechos 488,59 kg 415,51 kg de jugo de naranja

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2.6 DISEÑO BÁSICO DE LAPLANTA 2.6.1 TABLA RELACIONAL DE ACTIVIDADES

La tabla relacional de actividades que se presenta a continuación muestra todas las actividades a realizar en el proceso de elaboración de néctar de naranja. Claramente se observa que existen muchas actividades cuya cercanía entre sí “no es deseable” ejemplo de esto es entre recepción y lavado, pasteurización y recepción, extracción y embotellado, etc. También existe la relación “poco importante” ejemplo de esto se presenta entre embalaje y la cisterna, lavado y bodega, etc.

Finalmente también se presentan relaciones “importantes”, “sin importancia”, “especialmente importante” o “Absolutamente necesario”.

La mayoría de la proximidad se debe a que prioriza la higiene, el control, la seguridad del producto y la accesibilidad de materiales y equipos en el proceso.

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Referencias para la tabla relacional

2.6.2 LISTA DE EQUIPOS EN CADA ÁREA

En la siguiente tabla se observa las etapas del proceso y los quipos a utilizar en cada área.

Tabla 10. Listado de equipos en la planta procesadora de néctar de naranja

ETAPA DEL PROCESO

IDENTIFICACIÓN ETAPA DEL PROCESO

IDENTIFICACIÓN RECEPCIÓN balanza industrial MEZCLA Tanque de

mezcla SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN Banda trasportadora MEZCLA Agitador

LAVADO Lavadora de fruta PASTEURIZACIÓN Pasteurizador HTST EXTRACTOR Extractor de jugo ENVASE Y

SELLADO

Embotellador

MEZCLA Balanza para ingredientes EMBALAJE Embalador CUARTO DE MAQUINAS Caldero MOTIVO 1 Proximidad en el proceso 2 Higiene 3 Control 4 Frio

5 Malos olores, ruidos, … 6 Seguridad del producto 7 Utilización de material común 8 Accesibilidad PROXIMIDAD A Absolutamente necesario E Especialmente importante I Importante O Poco importante U Sin importancia X No deseable

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Tabla 11. Equipos empleados en el proceso

EQUIPO ESPECIFICACIONES SIS AUXILIAR AREA

Balanza Material: acero inoxidable

Capacidades: 75kg x 10gr / 150kg x 20gr / 300kg x 50gr

Base: Aluminio reforzado

Alimentación: Fte. 220 vca y batería interna recargable Energía eléctrica Dim. Plataforma: 42,5 x 52,5 cm

Kavetas plásticas Capacidad: 40 kg

Dimensiones: 60cm L x 40 cm A x 30 cm H Capacidad de apilamiento: 10 kavetas x 40 kg = 400 kg 240 cm2 Banda transportadora

Material: aluminio y banda de caucho Capacidad: 4 ton Potencia: 0,5 hp Proveedor de energía eléctrica Largo: 10 m Ancho 1 m

Lavadora de fruta Capacidad: 2 ton/h

Material: acero inoxidable 304 Requerimiento de agua relación 2 a 1 de fruta. Potencia: 2,4 hp Tubería de agua Sistema de recirculación 8,2 m2

Extractor de jugo Material: acero inoxidable Potencia: 1,2 hp Capacidad: 500 kg/h hasta 800 kg/h Kavetas para basura y transporte de la misma. Manualment e 0,41 m2

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Tabla 11. Equipos empleados en el proceso (Continuación)

EQUIPO ESPECIFICACIONES SIS AUXILIAR AREA

Mezclado: Tanque de agitación Material: Acero Inoxidable AISI 316 Incluye sistema de agitación, velocidad de agitación ajustable. Capacidad: 200 lt.

N/A Área base: 1m2 Altura: 1 m

Pasteurizador HTST Acero Inoxidable: AISI 316 de zona en contacto con producto

y AISI 304 el resto. Ra < 0,8 µm. Fibras < 15% Temperatura máxima: 120 ºC Temperatura de entrada: >5ºC Tiempo de residencia: de 30s – 60s Desaireador (P <0,11 atm) Capacidad: 100 lt/h Bomba Caldera Dimensiones: 4 m2 (Área de pista), Altura: 1,50 – 2 m

EMBOTELLADORA DE JUGOS Material: acero inoxidable 304. Número de cabezas de llenado: 12 Número de cabezas de tapado: 5 Capacidad de producción: 500 ml Diámetro de botella: 50 - 110 mm Altura de botella: 150 – 360 mm Tipos de tapas: Rosca de plástico. Peso: 2500 kg N/A 2500 mm x 1500 mm (Área de pista); altura: 2250 mm

Tabla 11. Equipos empleados en el proceso (Final)

EQUIPO ESPECIFICACIONES SIS AUXILIAR AREA

EMBALADORA

Producción de 12 a 15 packs por minuto. Requerimiento de potencia 18 kw

Sistema eléctrico

Dimensiones: 0.85 x 0.6 x 1.7

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2.6.4 DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DEL ÁREA DE PRODUCCIÓN

A continuación se muestra una alternativa de distribución de planta y la decisión final realizada en el programa Visio 2010 realizada tomando en cuenta el cálculo de la superficie a ocupar según el anexo 1.

Inicialmente se diseño la planta procesadora de néctar en dos pisos uno superior ocupado por la parte administrativa contaría con: recepción, departamento de ventas, departamento de ventas, vestidores, baños, comedor, gerencia general y de producción, mientras que en la parte de abajo se ubica el procesamiento en sí, con las etapas detalladas anteriormente, se distribuye en tres áreas, la primera es la inerte o zona sucia que es la recepción, selección, clasificación y limpieza de materia prima. La seguida de la zona es la muy sensible donde se encuentra la mezcla y pasteurización del néctar, finalmente la zona sensible es el empaque, la parte final de la producción. Este primer diseño que se observa en las figuras 12 y 13 siguientes se descartaron debido a que la parte administrativa esta sobre la fase más crítica del proceso, donde existe producción de vapor y se utiliza la caldera que puede ser un peligro si no se trabaja adecuadamente.

Para evitar futuros accidente se propuso un nuevo diseño en un solo nivel que se observa en la figura 14. Donde se observa la ubicación de la caldera con adecuada ventilación y espacio para prever cualquier accidente.

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ÁREA DE PRODUCCIÓN BODEGA ZONA DE DESECHOS RECEPCIÓN CALDERA CISTERNA EXTRACCIÓN LAVADO SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN MEZCLA PASTEURIZACIÓN EMBOTELLADO Y SELLADO EMBALADO 14500,00 9750,00 11500,00 16250,00 5 05 0 ,0 0 65 0 0,0 0 2 50 0 ,0 0 51 1 6 ,6 7 3000,00 2 5 00 ,0 0 16 6 00 ,0 0

Fig. 12 Distribución de equipos a utilizar en una procesadora de néctar de naranja para el área de producción

ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Distribución de planta para la producción de néctar de naranja DISEÑO DE PLANTAS

AGROINDUSTRIALES I

NATALIA MOSCOSO & WLADIMIR TIERRA 14/05/2013

Facultad de Ingeniería Química y Agroindustrial Visio 2010

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ÁREA ADMINISTRATIVA

5 U

GERENCIA GENERAL PRODUCCIÓNGERENCIA DE

COMEDOR VESTIDOR BAÑOS CONTABILIDAD Y VENTAS RECEPCIÓN 42 U 12000,00 8250,00 3725,00 16 75 0, 00 33 39 ,3 9 13 70 8, 91

Fig. 13. Distribución final de equipos en una planta procesadora de néctar de naranja ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Distribución de planta para la producción de néctar de naranja DISEÑO DE PLANTAS

AGROINDUSTRIALES I

NATALIA MOSCOSO & WLADIMIR TIERRA 14/05/2013

Facultad de Ingeniería Química y Agroindustrial Visio 2010

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La siguiente distribución de planta se enfoca en eliminar el riesgo que se puede presentan por sobrepresión en el caldero, o por falta de buen mantenimiento, además de priorizar la inocuidad del producto, buen manejo de la materia prima y del producto final.

Recorrido del personal: El personal ingresa por la parte cercana a la recepción de

materia prima, por los baños específicamente, realiza su limpieza de aseo personal y se cambia en los vestidores, una vez uniformado adecuadamente el operador debe lavarse bien las manos antes de ingresar a la producción, se pasa por el pediluvio y se inicia el proceso.

Flujo de materia prima: Las materias primas ingresan por la parte de recepción de

materia prima y continua con el proceso en forma de U hasta convertirse en producto, el cual sigue con el proceso hasta su empaque y embalaje.

Administración: En el diseño final la parte de administración se encuentra alejada del

caldero, se encuentra situada en la parte superior de la recepción y lavado de la materia prima, permitiendo fácil acceso a la parte de producción por parte de personal de la administración, quienes tendrán que pasar de igual forma por los baños, pediluvio y lavarse las manos antes del ingreso a la planta.

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BODEGA ZONA DE DESECHOS CALDERA CISTERNA EXTRACCIÓN LAVADO SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN PESADO Y MEZCLA PASTEURIZACIÓN EMBOTELLADO Y SELLADO EMBALADO 11 U VESTIDOR BAÑOS RECEPCIÓN Flujo de personal DISTRIBUCIÓN Proceso Fuente: Propia

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SIMULACIÓN DE UN PROCESO

2.7.1 SIMULACIÓN DEL PROCESO DE PASTEURIZACIÓN (ALTA TEMPERATURA)

Se simuló el proceso de pasteurización principalmente la fase donde hay el rápido aumento de la temperatura a lo largo del tiempo de pasteurización, en nuestro caso equivale a los 15 segundos de tratamiento térmico, cuyo fin es la muerte del organismo de referencia, que para nuestro caso corresponde a la bacteria Escherichia coli.

Los parámetros que se consideraron para realizar la simulación se encuentran en el archivo adjunto.

COMPROBACIÓN DEL PROCESO DE MUERTE TÉRMICA.

Para determinar que tanto el proceso de simulación y pasteurización están correctos, se realizó el cálculo de la Letalidad (L) y el tratamiento térmico equivalente (F), con el fin de garantizar la efectividad del proceso a dos períodos de tiempo como se detalla a continuación:

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Cuando t = 1 s  T = 64,42 ºC Tr = 65 ºC Z = 5 ºC ∆t = 0.05 s TRATAMIENTO TÉRMICO EQUIVALENTE

Cuando t = 1,5 s t = 64,70 ºC Tr = 65 ºC Z = 5 ºC ∆t = 0.05 s TRATAMIENTO TÉRMICO EQUIVALENTE

Adicionalmente el tratamiento térmico equivalente total obtenido fue

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SIMULACIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN EN EL SOFTWARE SIMUL8

Fig. 15. Simulación de proceso de producción de jugo de naranja en Simul8 (Elaboración: propia)

Se simuló el proceso de elaboración del jugo, cabe resaltar que no se obtuvieron los valores finales de los respectivos balances de masa en cada una de las etapas. Este el error en los valores se debe a que el programa, en una de sus características no permite valores con cifras decimales, únicamente de valores enteros, sin embargo, el error es mínimo, lo que indica que la incorporación de valores en cada una de las etapas, así como los tiempo unitarios en cada operación

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2.8 IDENTIFICACIÓN DE EQUIPOS

Para la identificación de equipos se sigue el formato general que es el siguiente: XX – YZZ

Dónde: XX: Letras de identificación para la clasificación de los equipos;

Y: designa un área dentro de la planta;

ZZ: es el número de designación para cada equipo.

Las letras de identificación de los equipos, el área a la que pertenecen cada equipo, así como las letras de identificación de cada área se muestran en la tabla 12.

Tabla 12.- Identificación de equipos y áreas para planta procesadora de néctar de naranja

Equipo Letras de

identificación

Área designada Letras de

identificación de área Número de designación Balanza BM Recepción R 01 Mesa MS Selección y clasificación SC 02 Lavadora de cepillos LV Lavado L 03 Exprimidora B Extracción E 04 Tanque de mezclado TZ Pesado y mezcla M 05 Bomba centrífuga BA Pasteurizado P 06 Pasteurizador tubular CH 07 Envasadora y selladora PS Empacado y embalaje E 08 Empacadora BR 09

Las letras de designación se tomaron a partir de la norma PEMEX No. 2.401.01, emitida en 1987, a excepción de: la mesa, la lavadora de cepillos, la envasadora – selladora y la empacadora, cuyos nombres no constaban en la norma. Para la mesa y

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español y cualquier letra que conforma la palabra, en este caso la tercera letra para ambos casos. Para la envasadora – selladora se tomó las iniciales de estos nombres en inglés (Packing – Sealer) y para la empacadora tanto la letra inicial y final de su nombre en inglés (Baler).

Para decidir una combinación, se debe tomar en cuenta de no repetir esta con alguna que ya conste en la norma técnica. Por ejemplo, en el caso de la mesa, lo más sencillo sería nombrarlo como ME, MS o MA. Pero, según la norma, la primera combinación propuesta hace referencia a un motor eléctrico, así que se decidió poner la segunda.

A continuación en la figura 16, se presenta el diagrama de equipos con su respectiva señalética.

EQUIPOS

Balanza de acero inoxidable BM – R01 Mesa de acero inoxidable MS – SC02 Lavadora de cepillos LV – L03 Exprimidora automática de acero inoxidable B – E04

Tanque de mezclado con agitador TZ – M05 Pasteurizador tubular HTSTS con desaireador CH – P07 Envasadora . Selladora PS – E08 831,02 kg de néctar de naranja envasado Bomba BA – P06 Bomba BA – P06 Empacadora BR – E09

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2.9 IDENTIFICACIÓN DE TUBERÍAS

Para la identificación de tuberías, primero, se caracterizó todos los fluidos que intervienen en el proceso de elaboración del néctar. Los fluidos empleados en el procesamiento son: cloro, que circula por las tuberías de la lavadora de frutas, una mezcla de agua potable desde el suministro y jugo de naranja desde el extractor, agua utilizable que circula por la caldera al pasteurizador.

En el lavado, por las tuberías de la lavadora de cepillos, circula una solución desinfectante (cloro). La tubería debe ir pintada de color negro, en el caso que no lo este, debe tener un adhesivo parecido al de la figura 17, y también las dimensiones del adhesivo.

Figura 17. Color de las tuberías de la lavadora de cepillos con su identificación

Al mezclador llega agua potable y jugo de naranja desde el extractor, como lo muestra la figura 18. 1.0 9.0 3, 7 mm 105 mm 3, 7 mm 105 mm

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La tubería que sale del tanque mezclador se transporta la mezcla de agua y jugo de naranja, el cual se clasifica como líquido no combustible. De esta manera, la tubería debe estar coloreada de negro o puede colocarse un adhesivo con las dimensiones indicadas en la figura 19.

Figura 19. Tubería que sale del mezclador hacia el pasteurizador

La caldera que sirve como servicio auxiliar del pasteurizador utiliza agua utiliza potable. Tubería que, debe estar coloreada de verde o en otro caso, colocar un adhesivo, cuyas dimensiones y su respectivo código de identificación se dan a conocer en la figura 20.

Figura 20. Tubería con su respectiva señalética que sale de la caldera al pasteurizador 9.

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Por último, el néctar de naranja sale del pasteurizador para pasar a la embotelladora por medio de la tubería. El color del cual debe estar recubierta la misma, es negro y el código de identificación, se puede apreciar en la figura 21.

Figura 21. Tubería que transporta el néctar de naranja desde el pasteurizador hasta la embotelladora con su señalética

A continuación, se realiza un resumen de los fluidos que intervienen en el proceso.

Tabla 17. Resumen de los colores y adhesivos de las tuberías que transportaron a los fluidos que intervinieron en el proceso

Etapa Fluido Color de tubería o

adhesivo Dimensiones del adhesivo (a x b) en mm Número característico para identificación Lavado y desinfección

Cloro Negro con letras blancas de

contraste

20 x 100 9.1

Mezclado Agua potable

Verde con letras negras de contraste

3,7 x 105 1.0

Mezclado Jugo de naranja

Negro con letras blancas de contraste 3,7 x 105 9.0 Pasteurizado Néctar de naranja

Negro con letras blancas de contraste 3,7 x 105 9.0 Embotellado Néctar de naranja

Negro con letras blancas de

contraste

3,7 x 105 9.0

Caldera a Agua Verde con letras 210 x 420 1.0 9. 0

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2.10 CURVA DE OPERACIÓN DE LA BOMBA

Se utilizó el enlace de la página http://select.pump-flo.com/manulist.asp, de la cual se escoge el proveedor, se llena los datos que requiere la página y se tiene acceso a un simulador que reporta las curvas del sistema y curvas de operación de la bomba en el cual se requiere el caudal que ingresa a la bomba y las pérdidas por fricción que se calcularon con el respectivo balance de energía. Además, se requiere la presión de la superficie del tanque de succión que es la atmosférica y la altura de la bomba, cuyo valor se asumió.

Finalmente, se despliegan las curvas de operación y del sistema de la(s) bomba(s) que dicho proveedor dispone.

Se muestra a continuación los pasos que se describen anteriormente.

Paso 1: Se fija los valores de caudal (flow rate), altura total de la bomba (total head), presión en el tanque de succión (tank surface pressure) y las pérdidas por fricción (pipin friction loss), y se cerciora que las unidades de los valores requeridos sean del Sistema Internacional.

Figura 22. Simulador para determinar curvas de operación de la empresa American-Marsh Pumps

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Paso 2: Se escoge la curva que más se apegue a nuestros requerimientos.

Figura 23. Curva de operación 1 para las condiciones determinadas

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Figura 25. Curva de operación 3 para las condiciones determinadas

Se reportaron 3 curvas, todas aplicables a nuestro caso. Las curvas del sistema de cada gráfico se encuentran dentro de las curvas de eficiencia. La altura total de la bomba requerida de 3,19 m. cae dentro de los diámetros de operación de las 3 curvas. Su puede escoger cualquiera de las 3 bombas que en el simulador nos recomiendan.

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2.11 REQUERIMIENTOS DE AGUA Y DE VAPOR

El funcionamiento de la planta depende en gran medida del agua disponible, tanto como ingrediente en la formulación del néctar como también sistema auxiliar en el caldero y pasteurizador.

Para las diferentes operaciones unitarias del proceso se detallan a continuación en la tabla 18.

Tabla 18. Cantidad de agua diaria requerida para el procesamiento de néctar de naranja. Requerimientos de agua (Kg) Lavado 2000 Formulación 379,44 Pasteurización (enfriamiento) 61,61 Total 2441,05

Tabla 19. Cantidad de vapor de agua diario requerido para el procesamiento de néctar de naranja.

Requerimientos de agua (Kg)

Pasteurización (vapor) 4,81

Total 4,81

Para estimar el consumo diario de agua en los baños, se toma de referencia los 9 trabajadores (4 de producción y 5 de administración), y el número de veces que una persona va al baño promedio. Los inodoros son ecológicos ahorradores de agua de la línea Edesa Vittoria JSD06037_1CE y los lavamanos Shelby CS005710_1CE. El consumo para el inodoro es 6 litros de agua por jalada y para el lavamanos es de 2,67 litros de agua por lavada de manos.

Entonces considerando que por cada ida al baño una persona se lava las manos se tiene que una persona se lava 3 veces por lo menos las manos al día

Consumo Inodoro:

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Consumo Lavamanos Consumo baño total = 234 litros/día

Para el consumo diario en la limpieza, se necesita saber el gasto de agua por cada limpieza que es de 130 litros por cada limpieza y se realizan 2 limpiezas diarias, lo que da un total de 260 litros de agua diarios.

Por último se tiene los requerimientos de los equipos para su limpieza, los cuales se muestran en la tabla 20:

Tabla 20. Consumo diario de agua para limpieza de los equipos Consumo diario de agua para limpieza de equipos (litros)

Mesa de lavado 10

Tanque de mezclado 50

Pasteurizador 50

Embotelladora 50

Total equipos 160

Consumo total para limpieza: 420 litros/día

Tabla 21. Consumo total de agua para la operación de la planta para procesamiento de néctar de naranja

Consumo total de agua por día 3095,05 litros/día

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2.12 CIRCULACIÓN DE AGUA BODEGA ZONA DE DESECHOS RECEPCIÓN CALDERA ACUOTUBULAR CISTERNA EXTRACCIÓN LAVADO SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN MEZCLA PASTEURIZACIÓN EMBOTELLADO Y SELLADO EMBALADO 14500,00 9750,00 11500,00 16400,00 5 0 5 0 ,0 0 6 5 0 0 ,0 0 2 5 0 0 ,0 0 5 1 1 6 ,6 7 3000,00 2 5 0 0 ,0 0 1 6 6 0 0 ,0 0 Reservorio de agua TANQUE DE FORMULACIÓN FILTRO AGUA POTABLE TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Figura 26. Operaciones unitarias del proceso y líneas de circulación de agua

Líneas principales del proceso (agua)

Líneas secundarias del proceso (agua)

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Se prevé que el volumen del reservorio permita el abastecimiento para el caldero, el lavado de las frutas, así como para los servicios higiénicos sea aproximadamente de 80000 litros de agua, que abastecería un período de veinte días laborables de un mes.

Previo al proceso de mezclado, se dispone de un tanque cubierto de almacenamiento del agua con una capacidad de 2000 litros que servirá para el proceso de mezclado, así como para la envasadora, de igual manera se dispondrá de un tanque de 2000 litros de capacidad para la preparación de la formulación de la solución de limpieza (50 ppm de hipoclorito de sodio), para su posterior bombeo hacia la lavadora de frutas.

De acuerdo a las operaciones unitarias, el tipo de agua que se empleará se lo ha dividido de dos maneras:

 Agua potable para operaciones de: Mezclado y envasado (en la fase de lavado de botellas)

 Agua de reservorio, para operaciones de lavado y generación de vapor para el proceso de pasteurización.

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A partir de esto, cabe resaltar lo siguiente:

1. En las operaciones de lavado, y pasteurización (vapor), se empleará agua que viene directamente del reservorio; en el proceso de lavado, el agua del reservorio pasa por un filtro con el fin de remover impurezas que podrían estar presentes, para llegar a un tanque de mezclado con el desinfectante.

2. A partir del proceso de pasteurización, se puede reutilizar el condensado, es decir, se lo puede devolver al reservorio de agua, para su posterior re-uso; el agua que se emplea en el lavado de la fruta se la puede emplear en un nuevo proceso de reutilización, mediante la aplicación de tratamientos que permitan la remoción de impurezas presentes, y la adición de solución desinfectante.

3. El agua potable se puede emplear para los servicios higiénicos, aunque se puede emplear el agua del reservorio. Para los lavaderos de manos es obligatorio que el agua sea potable, con el fin de evitar la presencia de patógenos que pudieran estar presentes en el agua del reservorio.

4. El agua potable pasará directamente al proceso de mezclado, ya que por la ubicación de la planta (Caluma), no hay el problema de presencia de agua con contaminantes como el arsénico. El posterior proceso de pasteurización permitirá destruir la flora bacteriana que pudiera estar en nuestro producto.

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Para el proceso de pasteurización se requieren aproximadamente 0,684 kg/s de vapor de agua (2462,4 kg/h). El caldero a emplear es un caldero acuotubular, el cual posee las siguientes características:

 Modelo: CF/TC-7

 Capacidad: 3174 kg/h

 Dimensiones: Altura: 2632 mm; largo: 6810 mm; ancho: 5710 mm.

 Vapor sobrecalentado hasta 343 ºC.

 Tipo de combustible: Carbón, cascarilla, palma, madera, bagazo, entre otros. La ventaja de este tipo de caldera es que permite el aprovechamiento de desechos agroindustriales, lo que reduce el desperdicio así como los costos de operación. Al estar situada la planta a sectores productores de desechos, (palma, arroz, etc.), se puede adquirir estos desechos y aprovecharlos.

2.14 PLAN DE LIMPIEZA Y DESINFECCIÓN DE LA PLANTA PROCESADORA DE NÉCTAR DE NARANJA

2.14.1 NECESIDADES DE LA PLANTA

 Mantener todos los equipos limpios y desinfectados antes y después del procesamiento.

 Mantener la limpieza dentro de las zonas de extracción, mezcla, pasteurización y empaque para asegurar la inocuidad del producto.

 Mantener los equipos limpios y desinfectados al final de cada jornada de trabajo y revisar el estado de cada uno previo a su uso.

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2.14.2 FRECUENCIA DE LIMPIEZA

Tabla 22. Frecuencia de limpieza de las diferentes zonas de la planta procesadora de néctar de naranja

ZONA FRECUENCIA RESPON-

SABLE CAPACITACIÓN DEL PERSONAL RECURSOS VERIFICACIÓN Recepción de materia prima Diaria, al fin de cada recepción de la fruta Jefe de producción Anual Escobas, detergente, cepillos, agua, *EPP. Inmediata con lista de chequeo, fechado, firmado y registrado

Producción Diaria al fin de cada jornada Jefe de producción Anual Escobas, desinfectante, detergente, agua caliente, EPP. Inmediata con lista de chequeo, fechado y firmado

Despacho Diaria, al final de cada jornada

Despachador Anual Escobas, desinfectante, agua, EPP. Inmediata con lista de chequeo, fechado y firmado Depósito de desechos Diaria, a la hora de llegada del recolector de basura Jefe de producción NA Camión recolector de basura Inmediata

Drenajes Viernes al final de la jornada

Semanero Anual Agua, sosa o potasa caustica, balde, EPP.

Inmediata

Baños Diariamente Semanero Anual Agua, desinfectante, detergente, EPP, trapeadores, escobas. Inmediata con lista de chequeo, fechado y firmado Alrededores de la planta Mensual Personal de control de plagas contratado NA Trampas para roedores, pesticidas, plaguicidas, EPP Inmediata y durante todo el mes.

*EPP: Equipos de protección personal

En caso de presentarse inconformidades en la verificación o evaluación de la limpieza se establecerán las medidas correctivas a realizarse.

La limpieza de los drenajes, que son focos de contaminación de insectos y microorganismos se realizará cada viernes en la tarde, empleando sosa caustica o potasa.

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El recolector de basura realizara visitas diarias de ser posible o máximo pasando un día para impedir la producción de moscas dentro o a sus alrededores.

Se llevaran registros de toda actividad de limpieza realizada y se archivaran las listas de chequeo fechadas y firmadas.

Se utilizaran tres productos desinfectantes rotativos semanalmente para mantener su efectividad.

A continuación se presenta un ejemplo del registro de monitoreo de limpieza.

Tabla 23. Ejemplo del registro de monitoreo de limpieza MONITOREO DE LIMPIEZA

Descripción del trabajo Responsable Fecha Firma del

responsable Zona de recepción de materia prima

Limpieza de balanza Lavado de pisos Zona de producción Limpieza de pisos Limpieza de equipos Zona de despacho Limpieza de pisos Limpieza de pallets Orden de bodega de insumos

Zona del depósito de desechos Lavado del depósito de

desechos Lavado de pisos, paredes y gavetas utilizadas Drenajes Limpieza de drenajes Baños Limpieza de pisos Limpieza de lavamanos, inodoros Alrededores

Inspección del control de plagas

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2.14.3 PASOS DEL PROCESO

Para la limpieza y desinfección de cada herramienta o equipo utilizados dentro de la producción se tienen métodos específicos de trabajo. Como ejemplo se presentan a continuación los procedimientos que se deben seguir para la limpieza en diferentes zonas de la planta.

Zona: recepción de materia prima

1. Barrer toda suciedad existente en la zona como desechos orgánicos (hojas, tallos), desechos plásticos, etc.

2. Llenar la cubeta plástica con agua (2 galones)

3. Agregar la cantidad de detergente adecuada para los 2 galones de agua.

4. Derramar la solución de detergente en todo el piso

5. Trapear todo el piso con un trapeador y la solución presente

6. Enjuagar el piso

7. Enjuagar las herramientas utilizadas y ponerlas en su lugar

Zona de producción

1. Enjuagar los equipos de lavado, extracción, mezclado y pasteurización

2. Llenar la cubeta plástica con agua caliente (5 galones)

3. Agregar la cantidad de detergente adecuada para los 5 galones de agua.

4. Eliminar toda suciedad existente en los equipos con la solución de detergente.

5. Enjuagar con agua los equipos

6. Preparar la solución de desinfectante y enjuagar los equipos con la misma.

Zona de despacho

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3. Derramar la solución de detergente en todo el piso

4. Trapear todo el piso con un trapeador y la solución presente

5. Enjuagar el piso

6. Enjuagar las herramientas utilizadas y ponerlas en su lugar

Zona de depósito de desechos

1. Limpiar las paredes exteriores del contenedor con una espátula de ser necesario

2. Barrer el piso alrededor del contenedor de desechos

Drenajes

1. Prepara la solución agua sosa caustica según las indicaciones del fabricante escritas en el envase

2. Destapar y derramar la solución preparada en el drenaje

3. Tapar del drenaje

Baños

1. Barrer todo el piso.

2. Preparar la solución agua detergente (1 galón)

3. Limpiar lavamanos y inodoro y con la solución preparada

4. Trapear el piso

5. Preparar la solución desinfectante agua

6. Aplicar el desinfectante en lavamanos, inodoro y piso

2.15 IDENTIFICACIÓN DE PUNTOS CRÍTICOS Y PUNTOS CRÍTICOS DE CONTROL EN EL PROCESO

El Sistema de Análisis de Peligros y de Puntos Críticos de Control (HACCP por sus siglas en inglés) consta de 7 principios los cuales son:

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2. Determinar los puntos críticos de control.

3. Establecer un límite o los límites críticos.

4. Establecer un sistema de vigilancia del control de los PPC.

5. Establecer las acciones correctivas para corregir las desviaciones.

6. Establecer los procedimientos para la verificación del sistema HACCP.

7. Establecer un sistema de documentación sobre los procedimientos y registros

Para la planta procesadora de néctar de naranja se tiene:

Peligros:

 Materia prima en mal estado, con microorganismos que aumenten la carga microbiana del jugo de naranja antes de la mezcla.

 Mal empaque del néctar de naranja que permita el ingreso de microorganismos al néctar.

 Agua a utilizar en la mezcla con alta cantidad microbiana. Puntos críticos de control:

 Pasteurización. Límites críticos:

 Pasteurización: 72 °C en un tiempo mínimo de 15 s. Sistema de vigilancia:

 Mantener registros de la temperatura y tiempo de pasteurización.

 Realizar análisis microbiológicos mensuales al néctar de naranja obtenido. Medidas correctivas:

 Aumentar el control de la materia prima, rechazar las naranjas con enfermedades para disminuir la cantidad de microorganismos en el jugo y por ende en el néctar a ser pasteurizado.

(61)

 Si existe evidencia de la presencia de microorganismos en el néctar después de la pasteurización se rediseñará el proceso de pasteurización modificando para mayor tiempo y/o mayor temperatura.

Procedimiento de verificación:

 Realizar análisis microbiológicos al jugo extraído de las frutas adecuadamente seleccionadas para el procesamiento.

 Revisar registros de temperatura y tiempo de pasteurización

 Revisar resultados de análisis microbiológicos del néctar obtenido después del tratamiento de pasteurización rediseñado

Sistema de documentación:

 Registros de calidad de materia prima y proveedor

 Registros de la cantidad de materia prima desechada

 Registros de tiempo y temperatura de pasteurización

 Registros de resultados de análisis microbiológicos

 Registros de limpieza realizada

 Procedimientos de limpieza en cada etapa del proceso, en cada zona de la planta

 Procedimientos para tomar medidas correctivas ante no conformidades que se presenten en el procesamiento.

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Tabla 24. Resumen de análisis de análisis de peligros y puntos de control critico Néctar de Naranja PPC Pasteurización Factor de riesgo Sobrevivencia de microorganismos Límites críticos T: 72°C t: 15s Monitoreo

Qué Temperatura y tiempo del tratamiento térmico

Cómo Termómetro y registros del pasteurizador

Frecuencia Cada lote

Quien Operador del pasteurizador

[1, 2] Acciones

correctivas

Si la temperatura es baja aumentar el tiempo de retención de ser posible y adicionar vitamina C para cumplir con la normativa

Registros Registro de temperaturas, tiempos

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