Monografìa jalea de naranja

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA DE jalea de naranja

1. INTRODUCCIÓN

Una de las tareas en las que utiliza más tiempo el ingeniero consiste en la acumulación de datos de las propiedades físicas, que son necesarias para estimar la velocidad de los procesos de transportes de cantidad de movimiento, transmisión de calor, transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas, así como equilibrios físicos y químicos.

Dentro de las industrias de procesos, los balances de materia y energía son importantes auxiliares en el diseño, control, optimización y evaluación económica de los procesos propuestos y existentes, así como de decisiones sobre las operaciones que se presentan a diario, por lo que tienen repercusión directa en la producción y en la situación financiera de las compañías.

Los sistemas industriales se representan a través de un diagrama de flujo, él que corresponde a un conjunto de operaciones unitarias interconectadas a través de un circuito de corrientes de materia y energía, de acuerdo a una estructura y organización definida.

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2. OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Calcular los balances de materia y energía, en el proceso para la elaboración de la jalea de naranja, mediante fórmulas para su diseño, control y optimización.

Complementar lo aprendido en clase con la elaboración de la jalea de naranja.

OJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir y realizar en grupo un proyecto de diseño de un proceso industrial. Integrar los conocimientos aprendidos en el curso.

Aprender y utilizar métodos de integración de materia y energía, y elaboración de diagramas de flujos para la síntesis de productos y tratamiento de efluentes de la industria de procesos.

3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

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3.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

.La jalea de naranja es una conserva dulce de aspecto transparente y gelatinoso, semisólida de sabor ligeramente amargo, elaborada a partir de zumo de naranjas al que se le añade abundante azúcar. Frecuentemente se la añade pectina para darle esa consistencia gelatinosa.

3.2 INSUMOS

AZÚCAR:

El azúcar es un ingrediente esencial. Desempeña un papel vital en la gelificación de la jalea al combinarse con la pectina para formar un gel como resultado de la ebullición hasta alcanzar exactamente correcta. La concentración de azúcar en la jalea debe impedir tanto la fermentación como la cristalización. Esta misma fuente, menciona que la cantidad de azúcar que debe añadirse depende del contenido de pectina del jugo; por lo tanto, el cálculo de azúcar debe realizarse de acuerdo con la cantidad de jugo y su capacidad degelificación. La cantidad de azúcar requerida para dar a la jalea la firmeza exigida depende de los caracteres de la pectina utilizada. Más de 50% de azúcar suele ser necesario para la formación correcta de jaleas con pectinas de éster elevado. Cierto peso de pectina será capaz de formar jalea firme y satisfactoria con una cantidad dad de azúcar. Si se usa más azúcar y menos pectina, resultarán jaleas más débiles. La excesiva cantidad de azúcar floculará la pectina de la solución.

PECTINA:

Las pectinas o sustancias pépticas, son polisacáridos que se componen principalmente de ácidos poligalacturónicos coloides. Se hallan en los tejidos de las plantas. Las pectinas son útiles por su

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capacidad para formar geles o jaleas con compuestos polihidroxilados, como los azúcares, con cantidades diminutas de iones polivalentes. En el lenguaje común, el vocablo pectina designa laxamente que se les añaden para mejorar las propiedades y las sustancias útiles de estos materiales. Los aditivos más comunes son los azúcares como diluyentes y los citratos como reguladores de pH. La pectina es un coloide reversible porque puede ser disuelta en agua, precipitada, secada, recuperada y redisuelta en agua sin perder su capacidad para formar geles. La cantidad y calidad de pectina depende del tipo de fruta y de su estado de maduración. Además, las proporciones correctas de pectina, ácido y azúcar son esenciales para éxito en la preparación de jaleas. En la producción comercial de mermeladas y jaleas se pone pectina, porque muchas frutas son deficientes en esta sustancia. En muchos casos, sin pectina agregada, habría que usar una proporción excesiva de frutas para suministrar la cantidad exigida de pectina, habría que concentrar excesivamente el producto mediante la cocción o el producto final carecería de la consistencia apropiada. Si la pectina es de buena calidad dará una jalea bien hecha en un período de una hora, aproximadamente.

3.3 MATERIA PRIMA:

NARANJA:

La naranja es una fruta cítrica comestible obtenida del naranjo dulce (Citrus × sinensis), del naranjo amargo (Citrus × aurantium) y de naranjos de otras especies o híbridos, antiguos híbridos asiáticos originarios de India, Vietnam o el sureste de China.1 Es un hesperidio carnoso de cáscara más o menos gruesa y endurecida, y su pulpa está formada típicamente por once gajos u

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hollejos llenos de jugo, el cual contiene mucha vitamina C, flavonoides y aceites esenciales.

Es más pequeña y dulce que el pomelo o toronja y más grande, aunque menos perfumada, que la mandarina. Existen numerosas variedades de naranjas, siendo la mayoría híbridos producidos a partir de las especies Citrus máxima, Citrus reticulata (mandarina) y Citrus médica (cidro).

Como todas las frutas cítricas, la naranja es ácida, con un pH entre 2,5 y 3, según la madurez, tamaño y variedad de la pieza. Aunque esto no es, de media, tan fuerte como el limón, sigue siendo un valor fuerte en la escala de pH, tanto como el vinagre. Sin embargo gracias a su contenido en azúcares simples no destaca tanto el sabor ácido como pueda pasar en el pomelo. El componente que más ha dado que hablar de la naranja es su vitamina C, ya que 100g de producto contiene hasta el 90 % de las necesidades diarias, sin embargo también contiene sustancias no-nutritivas entre las que cabe destacar la presencia de fitoquímicos, tales como flavonoides (con efectos antioxidante, antiinflamatorio y antitumoral) y limonoides (anticancerígeno).

3.4 EQUIPOS:

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4. PROCESO

4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN

1. RECEPCIÓN:

El éxito en la obtención de zumo de alta calidad comienza en la disponibilidad de frutas de excelentes características gustativas. Las frutas deben ser empacadas con mucho

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BALANZA MAQUINA DE LAVADO

PELADORA

TANQUE DE MEZCLAEXTRACTOR

MARMITA

EVAPORADOR ENFRIADOR

INDUSTRIALENVASADOR


cuidado y evitar recipientes muy grandes donde las que se hallan en la parte inferior sufran deterioro por la sobre presión del peso de las demás frutas. Los cestillos empleados como empaques deben estar limpios y ser fáciles de higienizar. Estos son de plásticos que ofrezcan resistencia, facilidad de ventilación, ensamblables para apilarlos cuando están llenos y hay algunos que se pueden desarmar y apilar ocupando una cuarta parte del volumen de un cestillo armado. Una vez los cestillos con fruta han sido transportados desde el cultivo o del sitio de acopio hasta la fábrica procesadora, deben ser manipulados con cuidado teniendo en cuenta que la calidad de las frutas difícilmente puede mejorar una vez retirada de la planta, en el mejor de los casos se puede mantener. Una vez en la planta, la fruta debe ser rodeada de unas condiciones que favorezcan sus mejores características sensoriales. Si la fruta llegó pintona, habrá que propiciar su maduración adecuada. Si ya está madura, se procurará evitar su deterioro microbiológico mediante la disponibilidad de un ambiente aseado e higiénico al máximo durante todo el tiempo que la fruta pueda estar expuesta a varios ambientes durante la aplicación de diferentes operaciones de proceso.

2. PESADO:

Permite conocer con exactitud la cantidad de materia prima que entrega el proveedor y a partir de esta cantidad se podrá conocer los porcentajes de la calidad de fruta que este suministra. Se espera que el mínimo sea fruta deteriorada o verde que no madure. También con este dato se podrá determinar el rendimiento en pulpa que esa variedad de fruta posee. Se

efectúa con cualquier tipo de balanza de capacidad apropiada y de precisión a las centenas o decenas de gramo. La forma de pesar puede ser en los mismos empaques en que la fruta llega a planta o pasándola con cuidado a los empaques adecuados de la fábrica que se puedan manejar y apilar cómodamente. Debe evitarse el manejo brusco de los empaques para evitar magulladuras o roturas de las frutas.

3. SELECCIÓN:

Se hace para separar las frutas sanas de las ya descompuestas. Se puede efectuar sobre mesas o bandas transportadoras y disponiendo de recipientes donde los operarios puedan colocar la fruta descartado. Los instrumentos

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para decidir cuáles frutas rechazar son en principio la vista y el olfato de un operario. Él debe ser muy consciente de la responsabilidad de su trabajo e influencia en la calidad de la pulpa final. Hay ciertas frutas costosas que por su tamaño grande pueden pasar la prueba pero deben ser “arregladas” retirando cuanto antes las fracciones dañadas.

4. LAVADO:

Se inicia un proceso de limpieza (Desinfección) a medida que se acerca el momento de extraerle la pulpa. El propósito es disminuir al máximo la contaminación de microorganismos que naturalmente trae en su cáscara la fruta, para evitar altos recuentos en la pulpa final, con demérito de su calidad y peligro de fermentación en la cadena de distribución o en manos del consumidor final. La desinfección se efectúa empleando materiales y sustancias compatibles son las frutas. Es indispensable disponer de agua potable para iniciar con un lavado, el cual se puede realizar por inmersión de las frutas o por aspersión, es decir con agua a cierta presión. El objetivo es retirar toda mugre o tierra que contamine la superficie de las frutas.

5. PELADO:

El pelado debe realizarse de tal modo de no perder demasiada pulpa, ya que esto influiría significativamente en el rendimiento del producto final.

6. EXTRACCIÓN:

Existen diferentes sistemas de extracción, pero las industrias cítricas utilizan exclusivamente extractores FMC, por el alto rendimiento en la extracción y la excelente calidad del zumo de naranja obtenido. El sistema de extracción FMC consiste en introducir la naranja entre la copa superior e inferior y prensarla. El contacto entre el jugo y la corteza es mínimo, evitando que aporte sabor amargo. La fruta llega al extractor a través de una cinta transportadora y se ubica automáticamente en la parte inferior de la copa. Una cuchilla de acero inoxidable corta un círculo de corteza en la parte superior del fruto y otra cuchilla en la parte inferior corta una porción de corteza. La copa superior e inferior sujetan el fruto durante el proceso de exprimido para evitar su rotura. La fruta se exprime entera y su contenido pasa a través del corte

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inferior por el tubo de tamizado hasta el colector de zumo. El zumo se separa de la pulpa y las semillas a medida que pasa por el tubo de tamizado y sucesivos tamices posteriores. La centrifugación acabará de separar la pulpa hasta obtener un producto suave y delicado al paladar. De la piel de las naranjas se extraen aceites esenciales, aromas y pectinas. Las pectinas se utilizan frecuentemente en la industria alimentaria como espesante (en mermeladas...).

7. MEZCLADO: Según las características del producto que se desee elaborar, se reintroduce la cantidad de zumo conveniente que hemos extraído anteriormente, el azúcar y la pectina. Así obtenemos un producto de características constantes: acidez, textura, color... La mezcla y corrección se realiza en tanques de acero inoxidable provistos de sistemas de agitación. La estandarización del producto es muy importante en la industria alimentaria, ya que hace posible que el consumidor identifique las características del producto con la marca comercial.

8. COCCIÓN:

Se introduce la mezcla de jugo de naranja, azúcar y pectina en una marmita. El zumo debe cocerse bien obtener el máximo sabor y extraer todo el ácido y la pectina que son esenciales para una buena gelificación, mediante ebullición a fuego suave.

9. EVAPORACIÓN:

Se evaporan los líquidos para elevar la concentración de azúcar y pectina en la jalea. Se hará una segunda evaporación de líquidos hasta la obtención de 67°Brix. Esta etapa resulta de vital importancia en la elaboración de jalea de naranja; ya que, alguna falla en esta etapa incidirá directamente en la calidad del producto. Su conservación, sus propiedades sensoriales y su apariencia general dependerán, además de una materia prima de calidad, de esta etapa. Los parámetros importantes que se deben controlar, cuidadosamente, en esta etapa son la temperatura, intensidad del calor aplicado, el tiempo y la correcta formulación.

10. ENFRIAMIENTO:

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Es el reposo a temperatura ambiente o mecanismos que aceleren el enfriamiento de un producto. Se da con el fin de eliminar el calor ganado por un cuerpo, cuando este ha pasado por cualquier forma de calentamiento. Finalizada la concentración de la jalea, se deja reposar en el recipiente de cocción manteniendo la agitación de la mezcla.

11. ENVASADO:

Se envasara el producto a 85 °C, en recipientes previamente esterilizados, los mismos que serán ligeramente inclinados para recibir suavemente la jalea, evitando así la formación de burbujas de aire. Una vez tapados los envases se voltearan con la finalidad de esterilizar las tapas.

4.2 DIAGRAMA DE FLUJO

10


11


4.3 DIAGRAMA DE BLOQUES

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SELECCION

ENFRIA-MIENTO

PELADO

EXTRACCION

COCCION

LAVADO

CONCENTRADO

MEZCLADO

1

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3

4

5

6

12

13 15

16

17

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21

22

23

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7

8

9

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CONCEN-TRADO

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LEYENDA:

- S1 = Naranjas- L2 = Agua- S3 = Azúcar- S4 = Pectina- G5 = Vapor de calentamiento- G6 =Vapor de entrada en la cocción- L7 = Agua a 5℃- S8 = Envases- S9 = Naranjas seleccionadas- S10 = Naranjas limpias- S11 = Naranjas peladas- L12 = Zumo de naranja- S14= Zumo derivado- L15 = Mezcla (azúcar, pectina y zumo)- L16 = Mezcla cocida- L17 = Jalea de naranja sin concentrar- G18 = Vapor saturado del primer evaporador- L19 = Jalea concentrada al 63%- L20 = Jalea concentrada al 67%- L21 = Jalea enfriada- S22 = Naranjas deterioradas- L23 = Agua con tierra- S24 = Cáscaras y pepas- S25 = Pulpa- G26 = Vapor condensado de cocción- G27 = Vapor condensado del evaporador- G28 = Vapor saturado del segundo evaporador- G29 = Vapor condensado del segundo evaporador- L30 = Agua a 32℃- L31 = Producto envasado

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4.4 DIAGRAMA DE EQUIPO

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1

1

8

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2

3

4

5

6

7

10

13 14

15 16

17

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22

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19

25

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2311 12


LEYENDA:

- S1 = Naranjas- L2 = Agua- S3 = Azúcar- S4 = Pectina- G5 = Vapor de calentamiento- G6 =Vapor de entrada en la cocción- L7 = Agua a 5℃- S8 = Envases- S9 = Naranjas seleccionadas- S10 = Naranjas limpias- S11 = Naranjas peladas- L12 = Zumo de naranja- S14= Zumo derivado- L15 = Mezcla (azúcar, pectina y zumo)- L16 = Mezcla cocida- L17 = Jalea de naranja sin concentrar- G18 = Vapor saturado del primer evaporador- L19 = Jalea concentrada al 63%- L20 = Jalea concentrada al 67%- L21 = Jalea enfriada- S22 = Naranjas deterioradas- L23 = Agua con tierra- S24 = Cáscaras y pepas- S25 = Pulpa- G26 = Vapor condensado de cocción- G27 = Vapor condensado del evaporador- G28 = Vapor saturado del segundo evaporador- G29 = Vapor condensado del segundo evaporador- L30 = Agua a 32℃- L31 = Producto envasado

LEYENDA DE EQUIPOS:

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1. Faja transportadora

2. Tanque3. Tolba4. Prensador5. Tanque agitado

6. Marmita7. Evaporador8. Evaporador9. Enfriador10. Envasad

ora


5 PROBLEMAS DE BALANCE Y DE ENERGÌA

5.1 PROCESO DE SELECCIÒN-PRENSADO

Del proceso para la extracción de zumo de naranjas, se merman en la etapa de selección 9,155 Kg de naranjas deterioradas y en mal estado, cuya concentración respecto al zumo es de 44.49%. Calcular cuántas naranjas se necesitará para lograr extraer 36.585 Kg de zumo de dicha fruta; sabiendo que la cascará en una naranja ocupa el 23.48% y la pulpa 32.11% (58.8 g).

SOLUCIÓN:

- TRADUCCIÓN

LEYENDA:

S1 = Naranjas S22 = naranjas

deterioradas L23 = agua con residuos

S2 = cascaras L11 = zumo de naranja S23 = pulpa

Para 1 naranja:

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S1S22 = 9.155kg

L23

S24

L12=¿36.585kg

S25

122

23

24

25

X22Zumo= 44.49%

LAVADO

SELECCIÒN

PRENSADO

PELADO

Cáscara de naranja = 23,48%

Pulpa = 32,11%<> 58,8g

12


BALANCE GENERAL:

S1=S22+S23+S24+L12+S25 S1=9,155kg+S23+S24+36,585kg+S25

BALANCE PARCIAL C/R AL “ZUMO”:

S1(x1zumo)=S22(x22

zumo)+S23(x23zumo )+S24(x24

zumo)+L12(x12zumo)+S25(x25

zumo)S1 (44,41% )=9,155 (44,49% )+S23 (0 )+S24 (0 )+36,585(100% )+S25(0)

S1=91,55kg

Si sabe que la pulpa: 32,11%-------- 58,8g

100% ---------- x= 0,1831kg <> 1naranja 91,55kg <> n= 500 naranjas

RESPUESTA: Se requiere de 500 naranjas para elaborar 36,585kg de zumo.

5.2 PROCESO DE LAVADO

Antes de realizar el proceso de pelado, se requiere materia prima en óptimas condiciones, para ello se dispone de 82.395 kg de naranja que pasaran a ser lavadas, obteniendo como resultado de este proceso 400.5 kg de mezcla de agua con residuos a una concentración de 0.019% de cloro y 81.895 kg de fruta limpia. ¿Cuántos kilogramos de agua y a qué concentración de cloro se requiere para obtener fruta en óptimas condiciones?

SOLUCIÓN:

- TRADUCCIÓN:

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Zumo = 44,41%

S9=¿82.395kg

L2=?

9


LEYENDA: S9 = Naranjas en seleccionadas L2 = Agua L23 = Agua con residuos S10 = Naranjas lavadas

BALANCE GENERAL: S9+L2=L23+S10

82.395kg+L2=400.5 kg+81.895kg

L2 = 400kg

BALANCE PARCIAL c/r al “CLORO”:

S9 (x9Cl)+L2 (x2Cl )=L23(x23Cl)+S10(x10

Cl)

S9 (0 )+400 ( x2Cl)=400.5(0.004993%)+S10(0)

x2Cl=0.005%≠50 ppmdecloro .

RESPUESTA: Se requiere de 400 kg de agua con una concentración de

0.005% de cloro que equivale a 50 ppm de cloro, para obtener fruta en óptimas condiciones.

5.3 PROBLEMA DE LAVADO

Luego del proceso de lavado se obtiene 81.895 Kg que ingresan al proceso de pelado para obtener 63.045 Kg de fruta sin cáscara. ¿Calcular cuánto pesa las cascaras de las naranjas y cuanto es su concentración en solidos solubles, si la concentración en solidos solubles de la naranja limpia entrante es 13.5% y la de salida es 13.1%?

SOLUCIÓN:

- TRADUCCIÓN:

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x2Cl=?

L23=400.5 kg

x10Cl=0.004993%

S10=¿81.895kg

2

10

23


LEYENDA:

S10= Naranjas limpias S24 = Cáscaras y pepas S11 = Naranjas peladas

BALANCE GENERAL: S10=S24+S11

81.895=S24+63.045 S24=18.85Kgde cáscara

BALANCE PARCIAL C/R A SÓLIDOS SOLUBLES:

S10 X10ss =S24 X24

ss +S11X 11ss

81.895 x13.5=18.85 X24ss +63.045 x13.1

X24ss =14.83%de solidos solubles de lacáscara

RESPUESTA: Las cáscaras de las naranjas pesarán 18.85 Kg y su concentración respecto a los sólidos solubles será de 14.83%.

5.4 PROCESO DE MEZCLADO

En un proceso para elaborar jalea de naranja, donde el zumo tiene 12% en peso de solidos solubles, se mezcla con azúcar (0,8 Kg / L de zumo) y pectina (0,005 Kg / L de zumo), considerar al azúcar y pectina como solidos solubles, la mezcla resultante se evapora en una olla, para producir jalea con 72% de solidos solubles, pero para incrementar la calidad del producto final, se deriva zumo fresco a la jalea para reducir al 59% de solidos solubles.

19

10

11

24

S10=81.895 KgX10

ss=13.5%

S11 = 63.045 Kg

X11ss

= 13.1%

S24 = ?

X24 = ?


Calcular los Kg de zumo derivado, Kg de agua evaporada, Kg de jalea resultante y Kg de mezcla, para una alimentación de 35,867 L de zumo de naranja. ρ zumode naranja=1,02 g/ml

SOLUCIÓN:

- TRADUCCIÓN:

LEYENDA:

S3= Azúcar S4= Pectina L12= Zumo de naranja

L17= Jalea de naranja sin concentrar

G26= Vapor condensado de cocción

S3: AZÚCAR

S4: PECTINA

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0,8 Kg de azúcar

S3 35,867 L de zumo de naranja

0,005 kg de pectina 1 L de zumo de naranja

S4

0,8Kg/Lzumo

0,005Kg/Lzumo

L12 = 35,867 L

X12ss = 12%

X16ss = 72%

X17ss = 59%

G26 =?

X14ss = 12%

L14 =?

1 L de zumo de naranja

35,867 L de zumo de naranja

S3=28,693 Kg de azúcar

S4=0,179 Kg de pectina

3

4

12 13

1415

16 17

26

L17 =?

L15 =?


L10: ZUMO DE NARANJA

L12= 35,867 L x 1,02 Kg/L

L12=36,585 Kg

EN EL SISTEMA

BALANCE GENERAL: S3+S4+ L12=G 26+L1728,693+0,179+36.585=G26+L17

65,457=G26+L17

BALANCE PARCIAL C/R AL “SS”:

S3 . X3ss+S4 . X4

ss+L12 . x12ss =G26 . X26

ss +L17 .X 17ss

28,693 (100% )+0,179 (100%)+36,585 (12% )=G26 . (0% )+L17 . (59% )L17=56,376Kgde jalea

G26=9,081Kgde vapor

EN EL NUDO DE UNIÓN

BALANCE GENERAL:

L14+L16=L17 L14+L16=56,376

BALANCE PARCIAL C/R AL “SS”:

L14 . X14ss +L16 . X16

ss =L17 . X17ss

L14 (12% )+(46,376−L14 ) (72%)=56,376 (59%)12 L14+4059,072−72 L14=3326,184

60 L14=732,888L14=12,214Kgde zumoderivado

L16=44,162Kgde jalea

EN EL NUDO DE SEPARACION

BALANCE GENERAL: L12=L13+L14

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36,585=L13+12,214 L13=24,371Kgde zumodenaranja

EN EL EQUIPOS DE MEZCLA

BALANCE GENERAL:

S3+S4+ L13=L1528,693+0,179+24,371=L15L15=53,243Kgdemezcla

RESPUESTA: Para una alimentación de 35,867 L de zumo de naranja, se obtienen, 12,214 Kg de zumo derivado, 9,081 Kg de vapor, 65,457 kg de mezcla y 44,162 Kg de jalea.

5.5 PROCESO DE COCCIÒN

En el proceso de cocción es necesario llevar los 53.243 kg/h de mezcla (zumo, pectina, azúcar) de 35℃ hasta 95℃, utilizando vapor como medio de calentamiento. El cambiador de calor utilizado tiene una eficiencia del 85% y la calidad de vapor es de 90%. Si el sistema se ha diseñado para que el condensado sea retirado a 95℃.

Determine:a) La cantidad de energía requerida, si la temperatura del vapor es

de 100℃ con una gradiente mínima de 5℃ entre el vapor y la mezcla.

b) La cantidad de vapor que será necesario (caudal másico kg/h).

Si el Cp mezcla 4.059 KJ

Kg. K

SOLUCIÓN:

- TRADUCCIÓN:

22_e= 85% x= 90%

15

5

26

16

L15=53.243 kg-

/h T15= 35°C

T16= 95°CT5= 100°C

T26= 95°C

G5=?


LEYENDA:

L15 = Mezcla ( azúcar , pectina y zumo) G5= Vapor de calentamiento G26 = Vapor condensado de cocción L16 = Mezcla cocida

TABLA A4.2:

CALCULANDO LA ENERGÍA:

Q = 4.059KJ

Kg. °Kx 53.243

Kgh

x60 K

Q = 12966.80 KJh

Como e= 85%, entonces:

85% 12966.80

100%

QR = 15255.05KJh

CANTIDAD DE VAPOR:

x= 90%

H= (1−x )H L+x H v

H= (1−0.9 )419.04+0.9(2676.1)

23

Q= Cp.m.∆T

QR

T (℃¿ H L (KJKg

) H v(KJKg

)

100 419,04 2676,1


H=2450.39 KJKg

Cp H 2O(95℃¿ = 4.206KJ

Kg. K

H 26=¿4.206KJ

Kg. Kx (95+273 ) K=1547.8 KJ

Kg

QR=mvapor(H−H 26)

15255.05 = m (2450.39-1547.8)

m =16.90Kgh

de vapor

RESPUESTA:

a) La energía requerida es de 15255.05 KJ/h b) La cantidad de vapor necesario es de 16.90 Kg/h

5.6 PROCESO DE EVAPORADORES

Luego del proceso de cocción sale 56.376 kg de jalea con un concentración de 59% de sólidos solubles a 82°C, el cual es llevado a evaporadores de doble efecto para alcanzar la concentración deseada de jalea de naranja (67% de solidos solubles) en el primer evaporador ingresa una presión de vapor a 30 psia, la jalea resultante en ese proceso será de 63% de solidos solubles de concentración, además considerar que dentro de este evaporador la presión barométrica es de 880 mmHg y la de vacío 120 mmHg. Esta presión absoluta ingresará al segundo evaporador cediendo su calor latente y saliendo como líquido saturado. Calcular el vapor que ingresa al primer y segundo evaporador.

SOLUCIÓN:- TRADUCCIÓN:

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H 26=Cph2o .T26

QR=m .∆T

17

18

27

28L17= 56.376 kg

X17ss= 59%

G18

Pm18= 880 mmHgPv18=


LEYENDA:

L17= Jalea de naranja sin concentrar G6= Vapor de entrada en la cocción G18= Vapor saturado del primer evaporador L19=Jalea concentrada al 63% L20= Jalea concentrada al 67%

EN EL SISTEMA

BALANCE GENERAL: G6=G 27

L17+G6=G27+G28+G29+L2056.376=G28+G 29+L20

BALANCE PARCIAL C/R A SOLIDOS SOLUBLES:

L6 X6ss=G28 X28

ss +G29 X29ss +L20 X20

ss

56.376 (59% )=G28 (0%)+G29 (0% )+L20(67%) L20=49.644Kgde jaleaconcentrado

EN EL PRIMER EQUIPO

BALANCE GENERAL: L17+G6=G27+G18+L1956.376=G18+L19

BALANCE PARCIAL C/R A SOLIDOS SOLUBLES:

L17 X17ss =G18 X18

ss +L19 X19ss

56.376 (59% )=G18 (0%)+L19(63%)

L19=52.796Kgde jalea enel primer evaporador

G18=3.58Kgde vapor saturado

25

6

19 20

29

L20

X20ss= 67%

G6

P6= 30 psia

L19

X19ss= 63%


EN EL SEGUNDO EQUIPO

BALANCE GENERAL: G18=G29

L19+G18=G28+G 29+L2052.796=G28+49.644

G28=3.152Kgdevapor saturado

EN EL SISTEMA

BALANCE DE ENERGIA: L17H 17+G6H 6=G27H27+G28H 28+G29H 29+L20H 20

G6 (H 6−H 27 )=G28H 28+G29H 29+L20H 20−L17H 17....(1)

PARA H 18 y H 29

P|¿|=880mmHg−120mmHg=760mmHg¿

PRESIÓN (MMHG)

TEMP (℃¿ H v=H 18 H l=H 29

760 100 638.9 KcalKg

100.04KcalKg

Por lo tanto se tiene que:

T 18=T28=T 29=T 20

PARA H 27 y H 6

P6= (30 psia ) .( 1atm

14.626 psia ) .( 1.033Kg

cm2

1atm ) P6=2.118

Kg

cm2

PRESIÓN HV = H6 HL = H27

2.118 646.42 121.59

26

P|¿|=P¿̄−Pvacio

¿¿


PARA H 17 y H 20

H 17=Cp jalea .∆T 17=0.97 x 82=79.54KcalKg

H 20=Cp jalea .∆T 20=0.97 x100=97KcalKg

EN (I)

G6 (646.42−121.59 )=3.152 (638.9 )+3.58 (100.04 )+49.644 (97 )−56.376(79.54)

G6=5.150Kgde vapor queentra al primer evaporador

RESPUESTA:Se requiere de 5.150 kg de vapor para el primer proceso de concentrado y para el segundo concentrado se requiere de 3.58kg de vapor saturado.

5.7 PROCESO DE ENFRIAMIENTO

Se desea enfriar la jalea de naranja desde una temperatura de 100°C a 85°C, para ello se utiliza agua a 5°C, la que se calienta hasta 32°C.

Si la cantidad de jalea es de 49.376 Kgh

. ¿Qué cantidad de agua

debería usarse?

SOLUCIÓN:

- TRADUCCIÓN:

27

T

T

T7=5°C

L20=49.376 Kg/h

L7=?

20

7

21

30L30

T30=32°C


LEYENDA:

L20 = jalea de naranja L7 = agua fría L30 = agua L21 = jalea de naranja fría

BALANCE DE MATERIA: L20+ L7=L30+ L21

54,815+L7=L30+L21Por ser intercambiador de calor, los productos que ingresas no se mezclan:

∴L20=L21L7=L30

BALANCE DE ENERGÍA: H 20L20+H 7 L7=H 30L30+H 21L21 H 20L20−H 21L21=H 30L30+H 7L7

L20 (∆ H jalea )=L7(∆ Hagua)

49.644 (0.97 KcalKg℃ )(15℃)=L7(1 Kcal

Kg℃ ) (27℃ )

L7=26.723Kgh

RESPUESTA: Se deberá usar 26.752 Kg/h de agua para el

enfriamiento.

5.8 PROBLEMA DE ENVASADO

Una vez terminado el proceso de enfriamiento los 49.644 Kg de jalea es llevado al envasado donde en cada recipiente de 171 gr se introducirá 296 ml de jalea. Determinar:

a) Calcular el número de botellas.b) El peso bruto, realizando el balance de materia

28


SOLUCIÓN:

49.644 Kgx1000 gr1Kg

=49644 gr

1.02grml

=48670.58ml

1 botella 296 ml N 48670.58ml

N = 164.42 164botellas.

BALANCE GENERAL: S21+S8=S31

27.88+49.644=S31 S31=77.524Kg

RESPUESTA:

a) El número de botellas a utilizar es 164.b) El peso bruto para 164 botellas será 77.525 Kg.

5. DIAGRAMA DE FLUJO FINAL

29

ENVASADOS29=164x0.171Kg = 27.88 Kg

S21=49.644Kg

S31

21

8

31


6. DIAGRAMA DE BLOQUES FINAL

30


7. DIAGRAMA DE EQUIPOS FINAL

31


8. RENDIMIENTO:

Rendimiento (%)=49.644Kgde Jalea concentrada

91.55 kgdenaranja x 100%

Rendimiento (%)=54.22%

RESPUESTA: Para una materia prima de 91.55kg de naranjas se obtiene de rendimiento el 54.22%

32


9. CONCLUSIONES:

Se determinó la tecnología para la elaboración de jalea a partir del zumo de naranja, lista para su proceso, ahorrándonos las etapas tradicionales de macerado de la fruta y el posterior filtrado.

La jalea de naranja, por ser un producto ácido y con una concentración de 67 °Brix, puede conservarse durante un largo tiempo a temperatura ambiente.

Se diseñaron varias formulaciones, la fórmula elegida es la más económica de todas las propuestas, ya que no contiene ningún aditivo adicional, a parte una pequeña cantidad de pectina.

De acuerdo al balance de materiales para la obtención de jalea de naranja, se obtuvo 49,644 kg de jalea del total de jugo de naranja 1000L, teniendo un rendimiento de 88,25%.

Con los procedimientos de balance energético se puedo calcular el consumo de vapor y con esto poder hacer el análisis económico para una correcta toma de decisiones.

10.BIBLIOGRAFÍA

33

Monografìa jalea de naranja

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