UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA QUMICADISEO DE PROCESOS QUMICOS

DISEO DE UN PROCESO PARA LA ELABORACIN DE CIDO CTRICO

Presentado a: Realizado por: Prof. Carlos Hernndez ARAUJO, Christian Seccin 62 LANDAETA, Pablo RODRGUEZ, Jos

Valencia, 07 de Julio de 2014INTRODUCCINA travs de la historia se ha fomentado de manera exponencial el sector industrial, innovando maquinarias, formulaciones qumicas, estrategias de obtencin de productos con valor agradado, parmetros ambientales, entre otros. En trminos del mercado de los alimentos, est entre los que generan mayor demanda. El mercado mundial de ingredientes de alimentos es un valor aproximado 20 millones de dlares y ha crecido a un ritmo de 2,3% por ao. No es sorprendente que las regiones ms desarrolladas de los Estados Unidos, Europa y Japn representen el mayor segmento de alimentos y bebidas procesadas, y en consecuencias, sus ingredientes. Dentro del mercado de los ingredientes estn productos como colorantes, acidulantes, potenciadores de sabor, vitaminas y minerales. [1]Los acidulantes en la industria alimenticia se utilizan en la preparacin de los alimentos y bebidas para mejorar y modificar el sabor, variar las condiciones de pH, adems de conservante. Entre los acidulantes ms importantes en esta industria se encuentra el cido ctrico, el cual es un compuesto natural que se encuentra en todos los seres vivos, pero est particularmente concentrado en las frutas ctricas. Primero fue producido a partir del jugo de limn, en Italia, alrededor de 1860, pero con un rendimiento muy bajo: se necesitaban unas 35 toneladas de limones para obtener una tonelada de cido ctrico. Tiempo despus se descubri que haba ciertos hongos microscpicos capaces de acumular cido ctrico, lo que permiti su produccin en gran escala. Efectivamente, desde el final de la Primera Guerra Mundial, y hasta nuestros das, casi todo el cido ctrico industrial se obtiene del hongo Aspergillus niger, que acumula enormes cantidades del cido y es muy fcil de cultivar en grandes fermentadores de acero. Por su sabor agradable, baja toxicidad y otras propiedades fisico-qumicas, el cido ctrico tiene un sinnmero de aplicaciones. Es uno de los principales aditivos alimentarios, usado como conservante, anti-oxidante, acidulante y saborizante de golosinas, bebidas gaseosas y otros alimentos. Se usa adems en la industria farmacutica, para lograr efervescencia y sabor, y tambin como anticoagulante de la sangre. Se agrega a detergentes y otros productos de limpieza, para estabilizarlos, otorgarle acidez, y reemplazar a los corrosivos ms fuertes. [2]En 1860 comenz a obtenerse el cido ctrico de las frutas mediante el uso de sales de calcio. Este proceso tena un rendimiento muy bajo. Eran necesarias de 30 a 40 toneladas de limones para obtener una tonelada de cido ctrico. Tres dcadas despus se observ que algunoshongosproducen cido ctrico cuando crecen en un medio azucarado. [2]

En 1880 la compaa Pfizer fundada por los hermano alemanes Charles Pfizer, Charles Erhart, comenzaron a fabricar cido ctrico, utilizado por varias industrias, de esetiempo, volvindose de esta forman suproductomas importante. [2]

En 1893 fue producido sintticamente por Wehmer a partir de lafermentacinde la glicerina. [2]

Antes de que se desarrollaran los procesos microbianos la principal fuente de cido ctrico eran los ctricos provenientes deItalia(limones con un contenido entre 6 y 7 %) y el citrato de lima.(5) En 1917 debido a la imposibilidad de comprar limones italianos y citrato de lima, comienzan a experimentar otrosmtodospara obtenerlo. [2]Desde 1920 en adelante fueron desarrollados conxitoprocesos de fermentacin, en donde se utiliza generalmente cepas del hongoAspergillus Nger, aunque tambin han sido empleadas ciertas cepas de levaduras. En 1923, los hermanos Pfizer logran obtener cido ctrico a partir deAspergillusNger y la fermentacin delazcar. Como sustrato se utiliz melazas de remolacha y se est diversificando en sustratos como sacarosa, melazas de caa o jarabe deglucosa. [2]

Los primeros estudios que se hicieron para laproduccinde cido ctrico por fermentacin demostraron que es un proceso extremadamente complejo. [2]

En 1925 Italia rompe elmonopolioque ejerca sobre lamateria primay Pfizer logra expandirse. [2]

En 1950, la produccin de cido ctrico alcanzaba las 50.000 toneladas/ao. Posteriormente, se registr una importante expansin debido al desarrollo del proceso de fermentacin sumergida, mucho ms econmico.[2]

En la dcada del 80 Pfizer descontina este producto con el cual han sido lderes delmercadomundialpor mas de 70 aos y que marco definitivamente el futuro de laempresa. [2]

El cido ctrico, es un slido translucido o blanco. se ofrece en forma granular; es inodoro, sabor cido fuerte, fluorescente alaireseco; cristaliza a partir desolucionesacuosas concentradas calientes en forma de grandes prismas rmbicos. [2]

El cido ctrico tiene un fuerte sabor cido no desagradable. Este cido se obtiene por un proceso de fermentacin. Hoy en da la produccin comercial de cido ctrico se realiza sobre todo por procesos de fermentacin que utilizan dextrosa o melaza de caa de azcar comomateriaprima yAspergillus nigercomo organismo de fermentacin. La fermentacin puede llevarse a cabo en tanques profundos (fermentacin sumergida, que es elmtodoms comn) o en tanques no profundos (fermentacin de superficie). La fermentacin produce cido ctrico lquido que luego se purifica, concentra y cristaliza.

FUNDAMENTOS TERICOSEl uso de los compuestos acidulantes en la conservacin y mejora de propiedades organolpticas en alimentos es importante; en estos existen uno o ms carboxlicos, que son aditivos alimentarios de grandes beneficios. Estos cidos denominados genricamente cidos orgnicos, son intermediarios o productos terminales de ciclos metablicos bsicos en los que intervienen una gran cantidad de organismos vivos. Tales compuestos incluyen los cidos ctricos, mlicos, lticos, actico tartrico, fumarico y glunnico. Su proceso industrial, salvo el caso del cido tartrico, se realiza mayoritariamente por mtodos biolgicos, en los que interviene la biotecnologa alimentaria. [2]La incorporacin de cidos en alimentos y bebidas cumple diversas funciones dependiendo del caso particular. Tales aplicaciones se describen como: [3] Poder acidulante. Capacidad amortiguadora o reguladora de pH. Agente quelante de iones metlicos. Emusificante. Efectos organolpticos.El uso principal es la acidificacin y el control de pH. Un pH bajo retarda el crecimiento de microorganismos indeseables (principalmente bacterias) y aumenta la efectividad de conservadores como bezoatos y sorbatos. Asimismo, reduce la necesidad de tratamientos trmicos drticos durante la esterilizacin de frutas y verduras enlatadas, o promueve la inactivacin de enzimas indeseables como polifenoloxinasas. [3]El cido ctrico presente un espectro saborizante amplio, permitiendo su uso en una variedad de sabores asociados con frutas. Tal es el caso de jugos, bebidas carbonatadas y helados. Este es uno de los aditivos ms utilizados por la industria alimentaria. Se obtiene por fermentacin de distintas materia primas, especialmente la melaza de caa de azcar. El cido ctrico es un cido orgnico tricarboxlico que est presente en la mayora de las frutas, sobre todo en ctricos como el limn y la naranja. Es un buen conservante y antioxidante natural que se aade industrialmente en el envasado de muchos alimentos como las conservas vegetales enlatadas. Tambin se utiliza en la elaboracin de encurtidos, pan, conservas de pescado y crustceos frescos y congelados entre otros alimentos. Los citratos sdico o potsico se utilizan como estabilizantes de la leche esterilizada o UHT. [3]Dentro de los cidos orgnicos utilizados en la industria alimentaria, el cido ctrico es el que se emplea por excelencia, este presenta gran solubilidad en el agua gracias a sus grupos carboxlicos e hidroxilo. Su estructura qumica es:

Figura No 1. Estructura qumica del cido ctrico

Generalidades del cido ctrico [3]:El cido ctrico actualmente rebasa las 300.000 toneladas al ao. A diferencia de muchos productos que eran producidos previamente por mtodos microbiolgicos y fueron sustituidos por la va qumica, este cido es producido en su totalidad por fermentacin. Gran parte de la produccin mundial se efecta en los Estados unidos y Europa. Su empleo en alimentos representa del (55-65)% en acidulantes, contra el 20-25% cubierto por el cido fosfrico, principalmente en bebidas de cola, y 5% que corresponde al cido mlico.Las aplicaciones del cido ctrico en alimentos son amplias y variadas. Su alta aceptacin resulta en un constante uso de nuevos usos y formulaciones.Bioqumica del cido ctrico [3]:Varios microorganismos han sido descritos como productores de cido ctrico predominando los gneros de Aspergillus y Penicillium, el descubrimiento de estos hongos filamentosos se remonta desde el ao 1883.El cido ctrico es un intermediario en el ciclo de los cidos tricarboxilicos (CAT), o ciclo krebs. Las funciones de este ciclo es generar energa en la forma de ATP en conjuncin con la oxidacin fosforilativa entre el mecanismo aerbico de los carbohidratos y crear precursores de otros ciclos biosintticos como aminocidos. En condiciones ambientales que promueven el desarrollo celular el ciclo funciona en estado estacionario, o sea que los intermediarios que los constituyen se mantienen a niveles bajos sin acumulacin de alguno en particular. Tal acumulacin resultara en un ineficiente uso de los nutrientes. El mantenimiento de dicho estado estacionario se efecta mediante una regulacin precisa de enzimas presentes en rutas metablicas que alimentan el ciclo o que parten de l. Las enzimas pueden ser controladas a nivel de sntesis de protenas (represin o induccin) o de actividad enzimtica (inhibicin o activacin).Resulta evidente que la produccin de acido ctrico requiere de una operacin defectuosa del CAT que permita su acumulacin. Adicionalmente se requiere su transporte fuera de la clula para posteriormente ser recuperado en medio de fermentacin.Durante la fermentacin ctrica el catabolismo de hexosas ocurre fundamentalmente por la ruta de la gliclisis con una pquela contribucin de la ruta de las pentosas. Un esquema simplificado del CAT, alimentado por la ruta de la gliclisis, se presenta en la figura 1.

Figura No 2. Degradacin de glucosa a cido ctrico a travs de gluclisis y ciclo de los cidos tricarboxlicos

Los nombres de las enzimas relevantes a la produccin de cido ctrico son indicados, as como los cofactores que requieren. Es importante notar que todas las reacciones del ciclo, excepto la de condensacin de ctrico son reversibles. Como primer paso para acumular ctrico es necesario bloquear su transformacin. Esto se puede lograr reduciendo a un mnimo la presencia de iones fierro, cofactor de aconitasa. Ciertamente la eliminacin de fierro en fuentes industriales de carbono es prctica comn.Ante la ruptura del ciclo al nivel de la formacin de cisaconitato, se interrumpe la formacin de los dems intermediarios, esenciales en biosntesis. En consecuencia, se requieren reacciones adicionales, llamadas anaplerticas o de reabastecimiento que regeneren dichos intermediarios. Estas reacciones cumplen con tal propsito aprovechando la reversibilidad del ciclo. Tres reacciones anaplerticas son posibles y sus puntos de accin, as como las enzimas que las catalizan y sus factores se indican en la figura 2.Figura No 3. Reacciones anaplerticas del ciclo de los cidos tricarboxlicosFactores ambientales [3]Antes de adentrarse en este tema es importante sealar que cada cepa productora es nica en su respuesta metablica a un medio ambiente dado. A pesar de que las generalidades bioqumicas descritas en la seccin anterior pueden considerarse como aplicables, las cepas actualmente usadas en la industria son el resultado de mltiples modificaciones que evitan una homogeneidad en su caracterizacin. Aun ms, buena parte del conocimiento relativo a dichos superproductores es mantenido en secreto con gran celo por parte de las industrias que lo usan. En consecuencia, los factores ambientales para cada cepa deben ser optimalizados de manera particular y, por lo tanto, los aspectos cubiertos en esta seccin se reducen a dos lineamientos.Aspectos nutricionales [3]En general la cantidad de cido ctrico producido esta en relacin inversa con el crecimiento celular. Al inicio de la fermentacin, sin embargo, se requiere un balance apropiado de nutrientes que permita la propagacin adecuada del micelio. Los factores nutricionales para una produccin exitosa son la concentracin y el tipo de carbohidratos y el contenido de metales. Los carbohidratos deben ser simples y de fcil transportacin a travs de la membrana, gracias a la presencia de invertasas extracelulares asociadas a la membrana. Estas hidrolasas desdoblan las sacarosas a hexosas y son sumamente activas a las condiciones de fermentacin. Gracias a ello el medio industrial ms usado son melazas, tanto de caa como de remolacha. Estas ltimas son en ocasiones preferidas por presentar un mayor contenido de nitrgeno. Se requiere una concentracin particularmente alta de azucares entre 140-240 g/l. Concentraciones menores conllevan concentracin de cido oxlico y una baja relacin ctrico/biomasa.La fuente de nitrgeno debe ser baja, del orden 0,1-0,4 g/l y proporcionado preferentemente por sales de amonio como sulfatos o nitratos. Se ha reportado un consumo total del nitrgeno en el medio es prerrequisito para el inicio de la acumulacin de acido ctrico. En ocasiones el contenido de nitrgeno puede ser alto en tanto el fosfato se mantenga bajo. El fosfato juega un papel de regulador importante de reacciones metablicas. El contenido recomendado se encuentra entre 0,1 y 0,2%. Concentraciones mayores promueven el crecimiento vegetativo a costa del rendimiento en cido ctrico.La presencia de metales en el medio de cultivo es indispensable para el crecimiento celular. Estos niveles se encuentran a nivel de unas cuantas ppm. Sin embargo niveles ligeramente superiores afectan el rendimiento del acido ctrico dramticamente. El contenido de metales es crtico pues medios optimizados en fuentes de C, N y P no promueven la produccin de acido ctrico si los metales no estn adjuntados correctamente. Aspectos fisicoqumicos [3]Una vez definido el medio de cultivo y los pretratamientos adecuados en la materia prima utilizada es necesario establecer las condiciones de fermentacin. Esta se debe controlar entre 25-30C. Temperaturas mayores favorecen la acumulacin de oxlico. El pH al inicio de la fermentacin se ajusta a 3,5-4,5 para favorecer el desarrollo celular y se mantiene en 2 durante la etapa productiva. Un pH superior a 4 favorece la formacin de oxlico y glucnico, este ltimo debido a la accin de la glucosa oxidasa extracelular activa pH alto. La aireacin del medio es de suma importancia. Una abundante oxigenacin es necesaria para garantizar una produccin adecuada. El uso de aire enriquecido en oxigeno permite lograr altas productividades pero el alto costo de esta prctica no resulta compensado.Procesos industriales [3]Existen dos mtodos principales de produccin de cido ctrico, el cultivo superficial y el cultivo sumergido. En ambos casos se emplean cepas seleccionadas de A. niger. Recientemente se inici la operacin del primer proceso que usa levaduras en un medio de carbohidratos. En cualquier es importante que los equipos usados sean de acero inoxidable o impregnados con recubrimientos resistentes. Esto debido a las propiedades corrosivas del cido ctrico y a la gran sensibilidad de la fermentacin a trazas de metales.El cultivo superficial tiene la ventaja de ser simple en su operacin y ser poco sensible a variaciones ambientales que el cultivo sumergido. Sin embargo las bajas productividades tienden a volver obsoleta esta tcnica. Seguramente su empleo resulta an ms econmico por el aprovechamiento de la capacidad instalada. El medio de melazas se prepara diluyendo a un contenido de 14-20%(p/v) en azucares y se pasteuriza. El ferrocianuro requerido para precipitar metales es entonces agregado, as como el suplemento de fsforo. El medio se vierte en charolas de aluminio de 500 a 1001 y una profundidad de lquido de no ms de 200cm para promover un buen intercambio de gases. La inoculacin se efecta con esporas depositadas con aspersin en la superficie del medio. Las charolas son posteriormente colocadas en anaqueles dentro de la cmara de fermentacin y ventiladas con aire filtrado. El aire renueva al oxigeno necesario, remueve el CO2 producido y permite controlar la temperatura dentro de la cmara. La germinacin de las esporas ocurre a los dos das de inoculacin y la germinacin total dura de 9 a 12 das. Al final de esta el micelio es separado por filtracin, lavado para remover el cido ctrico adherido y el lquido obtenido se mezcla con el licor residual residual antes de enviarse a las reas de separacin. Las productividades tpicas de este proceso son del orden de 0,4 kg/m 3-hr con rendimientos del 70-75%.En los procesos de cultivos sumergidos se pueden usar tanques agitados con mltiples turbinas o fermentadores de tope tipo air-lift. Estos ltimos son favorecidos por mantener una buena oxigenacin a escalas mayores que las obtenidas econmicamente con tanques agitados. Asimismo, los air-lift favorecen el crecimiento compacto de micelio en forma de pallets con las consecuentes ventajas hidrodinmicas del medio discutidas previamente. En tanques agitados la friccin de las tapas sobre el micelio mantienen un crecimiento fragmentado y poco compacto. En todas las plantas actualmente en operacin el proceso es intermitente (por lotes). Despus de aplicar los pretratamientos para remover los metales es necesario esterilizar el medio de melazas con vapor a un mnimo de 120 C debido a la sensibilidad del proceso a contaminaciones por bacterias. La inoculacin se realiza indiscutiblemente con esporas o con cultivo vegetativo crecido separadamente en un tanque del 10% del fermentador. Cuando se inocula con esporas es necesario agregar surfactantes que garanticen su rpida suspensin en el seno del medio. Durante la fase de crecimiento se presenta un espumado excesivo que es controlado con el uso de rompedores mecnicos o agentes qumicos. La fermentacin se lleva a cabo a 25-30 C dependiendo de la cepa y tiene una duracin total de 5 a 8 das o hasta que la produccin comienza a ser incosteable. Al trmino de esta el medio es filtrado y el licor enviado a recuperacin. El mtodo de cultivo sumergido es ms eficiente y menos intensivo en mano de obra que el de superficie pero requiere de un monitoreo constante y un control preciso.Existe un tercer mtodo de produccin de cido ctrico, basado en el uso de sustratos en fase slida, de uso comn en el sudeste asitico. Este estilo es tambin conocido como proceso koji y tiene su origen en Japn. Ms que un proceso industrial, su nivel de uso se restringe a escalas pequeas y su operacin es fundamentalmente emprica.Recuperacin del producto [3] El primer paso en la produccin del cido ctrico consiste en la filtracin del micelio usando filtros rotatorios o similares. En caso de que la concentracin de cido oxlico sea significativa es necesario separar este acido como oxalato de calcio agregando Ca (OH)2 a 80 C. Este paso es importante debido a la toxicidad del cido oxlico cuando el producto final se dedica a la alimentacin.La cristalizacin directa del cido ctrico no es posible debido a la presencia de residuos micelares y polisacridos originalmente presentes en la melaza. Consecuentemente varias purificaciones son necesarias. La primera consiste en precipitar el cido en forma de citrato triclcico por adicin de cal a 90 C. El precipitado es filtrado y lavado para ser posteriormente acidificado a 50 C con H2SO4, generando el cido libre. El CaSO4es separado posteriormente por filtracin y el lquido que contiene el cido ctrico es desionizado en columnas de intercambio y decolorado con carbn activado. La solucin obtenida es concentrada al vaco. En Europa la cristalizacin final se produce a 20-25 C para generar el cido monohidratado que es separado por centrifugacin. En estados unidos la centrifugacin se efecta por evaporacin dando como resultado la forma anhidra el cido. Para su uso en alimentos se requiere una cristalizacin final en agua. Asimismo existen varios mtodos de separacin de extraccin con solventes.En fermentaciones con levadura el cido isocitrico es producido paralelamente. En tal caso se efecta una precipitacin secuencial. El cido ctrico es precipitado primeramente agregando partes de Ca (OH)2 y controlando la temperatura entre 85-95 C por dos horas. El cido isocitrico se precipita posteriormente con dos partes ms de Ca(OH)2 a la misma temperatura. El resto del proceso es similar al A. niger.

ESTUDIO DE MERCADO Justificacin de la seleccin del mercado a satisfacer:El desarrollo del diseo para la produccin de cido ctrico se present como consecuencia de la ausencia nacional de su fabricacin, remitiendo su obtencin a una nica va de importacin; este se utiliza como materia prima en la elaboracin de bebidas gaseosas, confitera, alimentos, preservantes, gas carbnico, detergentes, entre otros. Desde el punto de vista socio-econmico se discrimin la amplia gama de mercado anteriormente mencionada y se seleccionaron las bebidas gaseosas por ser uno de los bienes con mayor consumo potencial en el territorio nacional; abarcando con dicho criterio la mayor parte de la demanda para la diversidad de produccin. Definicin del producto a fabricarcido Ctrico a partir de la fermentacin de melazas de caa de azcar por medio de un cultivo de bacterias Aspergillus niger. Determinacin del tamao actual del mercado (demanda del producto)El xito de un negocio depende en gran parte de laexistenciay el tamao del mercadopara el producto o servicio que se ofrece. El mercado, aun no siendo algo real y palpable, sino unconcepto que engloba a los que podran ser clientes de la empresa, puede calcularse a travs de diversas tcnicas. Una de las ms directas es la presentada a continuacin: [4] Estimar crecimientos poblacionales y relaciones de gastos promedio del producto o servicio por el mercado:Para este primer paso, teniendo en cuenta que el mercado a satisfacer es la industria de bebidas gaseosas se pudieron obtener los siguientes datos estadsticos respecto a este sector industrial:Una buena composicin en las bebidas gaseosas, en trminos de materias primas, aditivos y recursos naturales, acompaado esto de un intensivo control de la calidad, garantiza un producto de alta calidad. En la elaboracin de las bebidas gaseosas se utiliza una gran variedad tanto de recursos naturales como de materias primas. La iguiente tablas, permite establecer las toneladas de componente por tonelada de producto y el porcentaje de dichas materias primas. [5]Tabla No 1. Composicin de las bebidas gaseosas.COMPONENTETON COMP/ TON PROD

Agua0.93658

Azcar0.11970

cido ctrico0.00393

Colorantes y enturbiantes0.00250

Preservantes0.00031

Esencias0.00051

Gas carbnico0.00980

La densidad de las bebidas gaseosas, no es un dato exacto, puesto que ellas difieren tanto en su composicin como en la forma de elaboracin, sin embargo, segn datos experimentales realizados en la Universidad Industrial de Santander en el ao de 1974, la densidad promedio de las bebidas gaseosas es de 994.56 kg/. [5]Los venezolanos consumen ms de dos mil millones de litros de gaseosas al ao. Estas generan, junto con los jugos pasteurizados, los ms altos niveles de facturacin entre las bebidas sin alcohol. Para nadie es un secreto que el refresco es uno de los productos favoritos en el pas; tiene una alta penetracin en la poblacin que lo convierte en uno de los invitados permanentes en hogares y otros espacios de consumo. Incluso, cuando hoy en da los venezolanos buscan ms ofertas a la hora de comprar alimentos, las gaseosas son una opcin que no se deja de adquirir. Hasta 2009, en Venezuela el consumo per cpita de esta bebida era de 81 litros al ao. El nmero surge al hacer la divisin del consumo total en el pas, al 31 de diciembre de 2009, que se ubic segn la empresa de investigacin de mercados Euromonitor International en 2 mil 300 millones de litros, entre una poblacin estimada de 28,4 millones de habitantes, segn la proyeccin para 2010 del Instituto Nacional de Estadstica (INE).[6]Para poder establecer la demanda se necesita obtener informacin del crecimiento poblacional de Venezuela. Para ello se tienen que:

Tabla No 2. Lista de censos realizados en VenezuelaESTADOS1873188118911920192619361941195019611971198119902001

Venezuela1.732.4112.005.1392.221.5722.479.5252.814.1313.364.3473.850.7715.034.8387.523.99910.721.52214.516.73518.105.26523.232.553

D. Capital79.60591.997113.075140.132195.460283.418380.099709.6021.257.5151.860.6372.070.7422.103.6611.836.286

Amazonas5284.1658.0153.2989.7761.7153.72810.58211.75721.69645.66755.71770.464

Anzotegui101.396123.828134.064103.573113.797130.488155.746242.058382.002506.297683.717859.7581.222.225

Apure18.63521.11222.93739.18742.99958.06770.56088.939117.577164.705188.187285.412377.756

Aragua110.828108.08594.19597.251105.849129.746138.235189.891313.274543.170891.6231.120.1321.449.616

Barinas59.44956.76562.69655.05557.34156.19362.95979.944139.271231.046326.166424.491624.508

Bolvar28.28741.01255.58965.85275.22783.15994.522127.436213.543391.665668.340900.3101.214.846

Carabobo113.715132.316165.156125.514147.204172.127191.442242.923381.636659.3391.062.2681.453.2321.932.168

Cojedes85.67883.79287.93581.85082.15248.09149.76952.11172.65294.351133.991182.066253.105

Tabla No 2. Lista de censos realizados en Venezuela (Continuacin)Delta Amacuro5.7669.9387.37712.26215.23019.90328.16533.64833.97948.13956.72084.56497.987

Dep. Fed.N/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/D46385011231651

Falcn99.920113.877139.110128.255178.642215.140232.644258.759340.450407.957503.896599.185763.188

Gurico173.748186.675174.929120.841124.939120.420135.089164.523244.966318.905393.467488.623627.086

Lara143.818176.079189.624219.816271.369291.230332.975368.169489.140671.410945.0641.193.1611.556.415

Mrida67.84978.19987.852123.232150.128179.122192.994211.110270.668347.095459.361570.215715.268

Miranda109.917127.844141.446174.266189.572216.527227.604276.273492.349856.2721.421.4421.871.0932.330.872

Monagas47.86355.58074.50362.42167.53392.885122.901175.560246.217298.239388.536470.157712.626

Nueva Esparta30.98337.58340.19756.03569.39273.37569.19575.89989.492118.830197.198263.748373.851

Portuguesa79.93495.81496.04552.54958.72171.67587.151122.153203.707297.047424.984576.435725.740

Sucre62.18178.45992.030150.211216.476262.344291.452333.607401.992469.004585.698679.595786.483

Tchira68.61983.521101.709147.076172.900216.387245.722304.181399.163511.346660.234807.712992.669

Trujillo108.672144.102146.585178.942218.780242.605264.270273.919326.634381.334433.735493.912608.563

VargasN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/DN/D298.109

Yaracuy71.68979.82285.844108.022122.836123.964127.030132.436175.291223.545300.597384.536499.049

Zulia59.23572.50985.456119.458204.075275.421345.667560.336919.8631.299.0301.674.2522.235.3052.983.679

Total1.728.3152.003.0742.206.3692.365.0982.890.3983.364.0023.849.9195.034.0596.265.62310.721.05914.515.88518.103.02023.054.210

Tabla No 2. Lista de censos realizados en Venezuela (Continuacin)Fuente: [Documento en lnea]: http://venciclopedia.com/?title=Lista_de_censos_realizados_en_Venezuela [7]

De la tabla presentada se toma la informacin del censo obtenido en el 2001. No se toman los datos de aos anteriores debi a que anlisis planteados en organizaciones gubernamentales, sealan que desde la actualidad hacia aos futuros el incremento poblacional se ir atenuando. Esto se puede observar en el siguiente artculo:Caracas, 21 Ene. AVN.- Entre 2001 y 2011, la poblacin venezolana se ha incrementado en ms de 4.140.000 habitantes, revelaron los resultados definitivos del XIV Censo Nacional de Poblacin y Vivienda, difundidos este lunes por las autoridades del Instituto Nacional de Estadstica (INE). En total, la poblacin venezolana alcanza 28.946.101 personas; de los cuales 88,8% vive en zonas urbanas y 11,2% en reas rurales. El coordinador nacional del Censo, Luis Gernimo Reyes, explic que la omisin censal, donde se registra el total de personas que por alguna razn no logr ser efectivamente empadronada alcanz 6,3%, lo cual representa un 1.718.171 personas. "Es una de las ms bajas de los ltimos censos que se han hecho en el pas", explic durante su participacin en una rueda de prensa en compaa con el presidente del INE, Elas Eljuri; y los gerentes de Estadsticas Demogrficas y Datos Vitales, Nstor Cegarra y Vctor Gonzlez, respectivamente. Refiri que los datos permiten inferir que aunque la poblacin continuar creciendo hasta 2050, de acuerdo a las proyecciones del INE, disminuir la velocidad con que se registra esa evolucin. "Para 2050 esperamos que seamos alrededor de 40 millones de personas, a una tasa de crecimiento por debajo de 0,5%", indic. [8]Adicional a esto se presenta la figura No 4., la cual da una idea del crecimiento poblacional en los ltimos aos.

Figura No 4. Taza de crecimiento demogrfico en VenezuelaFuente:[ Documento en lnea]: [9]https://www.google.co.ve/publicdata/explore?ds=d5bncppjof8f9_&met_y=sp_pop_grow&hl=es&dl=es&idim=country:VEN:COL:UKR#!ctype=l&strail=false&bcs=d&nselm=h&met_y=sp_pop_grow&scale_y=lin&ind_y=false&rdim=region&idim=country:VEN:COL:UKR&ifdim=region&tstart=-300483000000&tend=1340512200000&hl=es&dl=es&ind=false

Haciendo un resumen de los datos presentados para generar el mercado potencial, se presenta la tabla No 3Tabla No 3. Variables para la obtencin del mercado potencialVariableMagnitud

Porcentaje de acido ctrico en bebidas gaseosas(TON COMP/ TON BEBIDA)0.00393

Densidad promedio de bebidas gaseosas(kg/)994.56

Consumo percpita de bebidas gaseosas(L/(ao*persona))81

Poblacin venezolana en 200123.232.553

Tratamiento de los datos obtenidos para generar la demanda del producto o servicio.Para este paso del estudio de mercado se cumple con ciertos objetivos:1. Fijar un horizonte de planeacin, el cual se fundamenta en el plazo de tiempo que se requiere para desarrollar y completar un proyecto, as como recuperar el costo del proyecto sobre la base de flujo de efectivo descontado [10]. Este parmetro se precisar en 10 aos2. Establecer el mercado potencial actual.3. Generar la demanda futura en base a un pronstico y el horizonte de planeacin trazado 4. Analizar los factores para establecer la capacidad instalada de la planta. Para el cumplimiento de esta lista de objetivos se establece un procedimiento de clculo para tratar los datos obtenidos en la tabla No 3. Este se observa en la figura No 5

Volumen de bebida gaseosa consumida por aoCantidad de habitantes en cada ao de estudioDatos de crecimiento poblacional (tabla No 2 y figura No 4)

Masa de refresco consumida por ao

Consumo perppita de bebidas gaseosas (tabla No3)

Densidad promedio de bebidas gaseosas (tabla No3)

Masa de cido ctrico consumida por aoLeyendaResultados Datos

Proporcin de cido ctrico en las bebidas gaseosas (tabla No 3)

Figura No 5. Esquema general de la obtencin del mercado potencialSe tomar el ao 2001 como base para generar un clculo tpico del procedimiento planteado:1. Cantidad de habitantes en cada ao de estudioPor medio de la tabla No 2 se tiene que la cantidad de habitantes para el ao 2001 es 23.232.553Nota: para los siguientes aos se utilizar la figura No 3, de la cual se obtiene el porcentaje de crecimiento y con la cantidad de habitantes del ao anterior ya calculado se va extrapolando2. Volumen de bebida gaseosa consumida por aoDe la tabla No. 3 se tiene que el consumo percpita (CPP) es 81 Este parmetro se calcula como:CPP = Del paso 1 se tiene la cantidad de personas en el ao; como se tiene el consumo percpita; despejando el volumen de bebida gaseosa por ao queda:= CPP * personasSustituyendo queda:= 81 * 23.232.553 personas

= 1.881.836.793 3. Masa de refresco consumida por aoMasa de la bebida gaseosa = La densidad se tiene en la tabla No 3; adicional a esto se debe agregar un factor de conversin de litros a (1000 L = 1 )Masa de la bebida gaseosa = 1.881.836.793 * 994.56*Masa de la bebida gaseosa = 1871599601

4. Masa de cido ctrico consumida por aoCon la masa obtenida en la paso 3 y la relacin de la cantidad de cido ctrico presente en las bebidas gaseosas obtenida de la tabla No 3 se pude obtener el consumo de este cido por ao (su demanda). Esta se obtiene por la siguiente ecuacin:Masa de cido ctrico = masa de la bebida gaseosa*relacin masa bebida/masa cidoSustituyendo se tiene:Masa de cido ctrico = 1871599601 *0.00393 Masa de cido ctrico = 7355386 Como ltimo clculo, la masa de cido ctrico se reporta en TON/ao. Para ello se utiliza el factor de conversin (1000 kg equivale a 1 TON) resultando:Masa de cido ctrico = 7355 De igual formar se plantea el clculo para cada ao de estudio; en la tabla No 4 se observan los resultados alcanzados hasta el ao 2011 (ltimo ao de proyeccin del crecimiento poblacional presentado en la figura No 3)Tabla No 4. Incremento poblacional y demanda de cido ctrico entre los aos 2001 y 2011

AoTasa de crecimiento (%)HabitantesVolmen de gaseosa por ao, /aoMasa de gaseosa por ao kg/aoMasa de cido por ao kg/aoMasa de cido por ao TON/ao

20011,88%232325531881837187159960173553867355

20021,85%236623551916651190622419374914617491

20031,81%240906441951342194072685176270577627

20041,78%245194571986076197527178977628187763

20051,75%249485482020832200983904678986677899

20061,72%253776632055591204440827780345258035

20071,70%258090832090536207916321881711118171

20081,67%262400952125448211388524483075698308

20091,63%266678082160092214834157384429828443

20101,60%270944932194654218271503885780708578

20111,56%275171672228891221676539387118888712

Con la tendencia del crecimiento poblacional en cada ao presentada en la tabla No 4 se construye una tendencia que permita proyectar una posible directriz del comportamiento en aos futuros; obteniendo que:

Figura No 6. Crecimiento poblacional en Venezuela entre los aos 2001 y 2011Con la correlacin obtenida (CP= -0,00031*t + 0,6391) se extrapolar con la finalidad de determinar la poblacin Venezolana en aos futuros; y siguiendo el procedimiento de clculo planteado en la figura No 5, se obtiene la demanda del producto, resultando:Tabla No 5. Extrapolacin del crecimiento poblacional y demanda de cido ctrico en Venezuela de 2012 a 2026

AoTasa de crecimiento (%)HabitantesVolumen de gaseosa por ao, /aoMasa de gaseosa por ao kg/aoMasa de cido por ao kg/aoMasa de cido por ao TON/ao

20141,48%287800582331185231850304291117179112

20151,45%291959302364870235200541192433819243

20161,41%296087602398310238526276793740839374

20171,38%300182492431478241825095195037269504

20181,35%304240962464352245094570496322179632

20191,32%308259982496906248332269797594589759

20201,29%312236542529116251535756098853559885

20211,26%31616760256095825470259111000981210010

20221,23%32005013259240625783033901013273210133

20231,20%32388113262343726091656811025402110254

20241,17%32765759265402626395885531037358310374

20251,14%33137650268415026695478831049132310491

20261,10%33503490271378326990196921060714710607

De la tabla No. 5 se extrae la siguiente informacin: El mercado potencial actual (2014) es de 9112 TON cido ctrico/ao El ao cero del proyecto se fija en un ao y medio (el ao 2015 completo y los meses restantes del 2014) El horizonte de planeacin que se fij en 10 aos se cumplir dentro de los aos 2016 a 2026Luego de haber planteado los 3 parmetros anteriores se debe precisar el mercado meta u objetivo. De forma general este porcentaje del mercado potencial se fija entre un (15-30) % [11]. Para efectos del diseo que se est implantando se tomar que el mercado meta u objetivo ser 20%. Quedando la demanda futura de cido ctrico para la vida del proyecto de la siguiente manera:Tabal No 6. Demanda futura de cido ctrico en el horizonte de planeacinAoDemanda (TON cido/ao)

2016 - 201711901

2017- 201821926

2018 - 201931952

2019 - 202041977

2020 - 202152002

2021 - 202262027

2022 - 202372051

2023 - 202482075

2024 - 202592098

2025 - 2026102121

Precio de venta del producto

En la siguiente tabla se muestran diversos precios del producto en distintos puntos del mundo [12 ,13]Tabal No 7. Costo de cido ctrico en distintas partes del mundoLugar de ventaPrecio (USD/kilogramo)

Villanueva, Honduras0,85

Huleva, Espaa6,8

San Juan del rio, Mxico1,15

Hermosillo, Mxico1,5

DISTRITO FEDERAL, Mxico1,1

Gupiles, Costa Rica2,5

Nueva Guinea, Nicaragua1

Tomando un valor lgico dentro de los rangos presentados en la tabla No 7 se concluye que el precio de venta ser: 1,5 USD/kilogramoESTUDIO TCNICO OPERATIVO Localizacin de la plantaEn Venezuela, por su clima, es considerado un pas rico en su biodiversidad tanto de plantas como de animales, y adems es acto para mltiples tipos de siembra, por su diversidad de suelos. Una de las siembras de xito en Venezuela, adems del maz, es la caa de azcar, a partir de la cual se extrae la azcar refinada de consumo corriente. En base a la creciente demanda de dicho rubro, el gobierno Bolivariano ah impulsado la siembra, y procesamiento de azcar de caa es diversos estados del pas, donde hasta el ao 2005-2006 se ubicaba en una produccin de 760 mil toneladas de azcar, y actualmente cubre cerca 1 milln 2000 mil toneladas de azcar por ao, siendo los estados Carabobo, Cojedes y Yaracuy los principales productores. [14]

Es en base a estos nmeros, donde empieza a hacerse visible la posibilidad de instalar una planta de acido ctrico, a partir del azcar de caa usando el Aspergillus niger como medio de sntesis. En Venezuela los estados Cojedes y Carabobo son los que actualmente lideran la produccin de caa de azcar, por lo que es de pensar que son los estados ms actos para la instalacin de la planta. Para la eleccin del lugar a nivel macro, se emplea una matriz de valoracin por puntos. En dicha escala se asignan valores de forma cualitativa (de 0 a 10 puntos) a distintos factores que afecten de manera directa en la planta. Los factores en estudio son: [15]

1. Cercana del mercado: El acido ctrico es un elemento con grupos carboxlicos muy activos, los cuales puede formar citratos al perder un hidrogeno y formar citratos. Esta caracterstica le da al acido ctrico un uso amplio en la industria de alimentos, como conservante, regulador de pH, saborizante, texturizante de emulsiones o quesos, etc. Como se puede observar el acido no es un producto de consumo directo de la poblacin, sino que es usado dentro de otros procesos como materia prima para obtener productos terminados.

En el estado Carabobo, existen cerca de 811 empresas agrcolas de distintas denominacin, que manejan cerca de 100000 Haz de terreno, donde un 31,57% corresponde a plantaciones de caa de azcar. Otra parte es el sector industrial el cual representa el elemento ms importante en la economa de la regin, con predominio de los sectores intermedios y metalmecnico.

La industria manufacturera, sector lder, est concentrada en la ciudad de Valencia, representada por un 68,31% del total de industrias existentes en la entidad. En los municipios Guacara, San Joaqun y Mariara se concentra el 23,45%, mientras que en Puerto Cabello y Morn un 8,24%. Este sector est conformado por 1.687 empresas, las cuales hasta ahora han conseguido generar 74.691 puestos de trabajo. Entre las industrias ms empleadoras encontramos la actividad metalmecnica, con un 28,05% de trabajadores; la industria qumica con el 24,4%, y la industria de alimentos, bebidas y tabaco con el 20,67%. Segn estos datos, pudiera decirse que de cada 100 carabobeos, 3,42 trabajan en la industria manufacturera, afirmando as la importancia de este sector en Carabobo, ms an cuando los datos nacionales revelan una proporcin de 2,01 trabajadores por cada 100 personas. En cuanto al estado de Cojedes, este es uno de los estados venezolanos, que dedica mas de un milln de hectreas al rea agrcola, contando de estas cerca de 247000 hectreas destinadas a plantaciones de caa de azcar la cual es la principal materia prima en la sntesis del acido ctrico. Cuenta con 250 empresas del rubro agrcola segn el instituto nacional de tierras (INT). En cuanto al sector empresarial este estado ha sufrido un declive en los ltimos aos, que ha provocado un descenso en el nivel industrial, quedando al 2013 cerca de 60 plantas industriales, siendo ubicadas la mayor concentracin en la localidad de tinaquillo.

2. Disposicin de materias primas: Este es uno de los aspectos ms importantes en la valoracin, ya que implica los costos por traslado y procesamiento de la materia prima, en el caso de acido ctrico se necesita el jarabe proveniente del procesamiento de la caa de azcar. Mientas ms alejada estn las fuentes de materia prima, se necesita una mayor inversin para la manipulacin y disposicin de la misma, por lo que la industria debe ser colocada cerca de las cosechadoras y procesadoras de papeln a partir de la caa, y contando con la posibilidad del correcto aprovechamiento y distribucin de la misma. En cuanto al estado Carabobo, las plantaciones de caa de azcar se encuentran distribuidas cerca del lago de valencia, Montalbn, y Bejuma, en ellas se cosecha y procesa el papeln necesario como materia prima para el proceso de cido ctrico. En cuanto a Cojedes, la produccin de la caa de azcar se encuentra concentrada en la regin de San Carlos, y sus alrededores, con ms de 400 mil toneladas producidas en 2013.

3. Mano de obra: este inciso viene prescrito de la necesidad de mano de obra capaz en manejar el complejo sistema empresarial, en donde se adjudica la produccin de acido ctrico, que va desde el sector agrcola, hasta sectores tcnicos ingenieriles que sean capaces de operar en dicho contexto. Por cifras, manejadas hasta el 2013, el ndice de analfabetizacin es bajo en Venezuela, y la gran parte del pas cuenta con al menos una educacin bsica y media disponible. Aparte de un gran aporte en el sector tcnico universitario en la preparacin de la sociedad. En cuanto a esto la disposicin para la mano de obra est disponible de manera equitativa en ambos estados.

Lo que incide sobre la disposicin de terreno, y desperdicios, son valores cualitativos que depende de la calidad del servicio de aseo, y los costos gubernamentales preestablecidos a nivel nacional, por tanto su valoracin no es tan significativa.En cuanto a factores, como vas, energa, agua, etc, son servicios con los cuales debe operar la planta, que representan un servicio prestado por el gobierno nacional. En cuanto a las vas representa la conexin adecuada con distintas localidades del pas desde donde proviene la materia prima, y a donde se consume la misma. Por tal motivo representa un punto de estudio a la hora de la seleccin de la ubicacin de la planta. En la tabla No 8 se muestra la valoracin obtenida del estudio de ambos estados:

Tabla No 8. Matriz de valoracin cualitativa de ubicacin de planta de fabricacin de cido ctrico en Venezuela.

Factores en estudioPorcentaje %CaraboboCojedes

puntos%puntos%

Cercana del mercado15101507105

Disposicin de materias primas251025010250

Mano de obra calificada1010100880

Costo de terreno105501050

Disposicin de desperdicios510501050

Tipo de comunidad10880660

Energa7535535

Clima310301030

Agua5735735

Vas1010100770

Totales100-880-765

Como se puede observar la zona ms idnea para la planta de fabricacin de acido ctrico es en el Estado Carabobo el cual obtuvo una mayor cantidad de puntos acumulados segn la factibilidad evaluada en cada rengln. Ahora se procede a aplicar una matriz de valorizacin de Brown-ginson, para determinar la localidad dentro de este estado en la que es ms factible la ubicacin de la planta. [16]

Para la aplicacin de este mtodo se deben seguir 4 pautas fundamentales:

Asignar un valor relativo a cada valor objetivo Fo, para cada localizacin viable. Para nuestro caso, las localidades analizadas son valencia, Montalbn, Mariara, Puerto cabello. Estimar un valor relativo a cada factor subjetivo Fs, para cada localizacin viable. Los factores subjetivos vienen siendo aquellos de los cuales el proceso depende para su funcionamiento regular, y su implementacin como lo son el agua y energa, disposicin de desechos, costo del terreno, mano de obra, tipo de comunidad, etc. Combinar los factores objetivos y subjetivos asignndole una ponderacin relativa para obtener una medida de preferencia de localizacin (MPL). Seleccin de la ubicacin que tenga la mxima medida de preferencia de localizacin.

Calculo del valor relativo Fo

El valor de ci, viene de la suma de la ponderacin relativa a cada aspecto dentro del proceso como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla No 9. Matriz de valorizacin de variables relativas dentro del proceso

localizacinVariables subjetivasCi totalFactor objetivo Fo

Materia primaInfraestructuramercadotransporte

Puerto cabello8575250,214

Valencia7554240,223

Mariara3552150,356

Montalbn7775260,207

Determinacin de valores subjetivos (Wj)

En este inciso se comparan cualitativamente el orden de importancia de cada valor subjetivo en funcin de las necesidades de la planta

Tabla No. 10 Comparacin cualitativa el orden de importancia de lo valores subjetivos en funcin de las necesidades de la planta

Factores subjetivosComparacin pareadaSuma totalndice Wj

aguaEnergaCosto del terrenoDisposicin de desechosTipo de comunidadMano de obra

Agua-1010020,117

Energa1-010020,117

Costo del terreno11-10030,176

Disposicin de desechos000-0000

Tipo de comunidad1111-150,294

Mano de obra11111-50,294

Se necesita fijar un criterio para poder evaluar las condiciones cualitativamente, segn ello se le asigno la mayor prioridad al tipo de comunidad y mano de obra capacitada de forma equitativa, ya que factores como la inseguridad, empleo, estabilidad, tipo de urbanismo, afectan a la clase de personas que viven y posteriormente puedan llegar a trabajar en la industria. Seguidamente se establecieron el agua y la energa y el costo del terreno que son necesarias para la instalacin y normal operacin de la planta.

Orden de jerarqua de cada factor subjetivo comparado para cada ubicacin

Para cada factor en estudio se ha de fijar un criterio de comparacin segn sea el caso:

1) Para el agua: La situacin general del agua en el estado Carabobo se encuentra de forma equitativa distribuida en cada uno de las localidades. Todas vienen de los embalses Pablo Cachinche, Guataparo, y Lago de Valencia. Aunque muchas veces el agua no llega optima en cuanto sus caractersticas, llega de forma equitativa en las localidades, exceptuando a Montalbn donde en los ltimos 2 aos, debido a la creciente industria agrcola, y otros factores, el servicio de agua es cortado regularmente.

Tabla No 11. Matriz de valorizacin respecto a la distribucin de agua localFactorAgua como aspecto subjetivo

localizacinComparacin pareadaSuma preferencialRj1

Puerto cabellovalenciaMariaraMontalbn

Puerto cabello-11130,333

Valencia1-1130,333

Mariara11-130,333

Montalban000-00

2) Para la energa: De igual forma que el agua, la energa es distribuida por Corpoelec, Y otros. Dichos entes son los encargados de la distribucin energtica del estadoTabla No 12. Matriz de valorizacin respecto a la distribucin de energa local

FactorEnerga como aspecto subjetivo

localizacinComparacin pareadaSuma preferencialRj2

Puerto cabellovalenciaMariaraMontalbn

Puerto cabello-11130,333

Valencia1-1130,333

Mariara11-130,333

Montalban000-00

3) Costos del terreno: es una analoga entre mercado y la demanda, para el caso del costo de terreno, mientras ms disponible sea un terreno ms econmico ser. En funcin de ello, las zonas como mariara y Montalbn, que son zonas cuasi-rurales, poseen una mayor disposicin de tierra usable, que cuenta con cercana y vas optimas que conectan a estas zonas con las fuentes de azcar de caa. Seguidamente se ubican las zonas como lo son puerto Cabello y Valencia, que son zonas industriales muy pobladas, donde la implementacin de plantas industriales de envergadura se hace ms costosa, debido a su planificacin y puesta en operacin, ya que los terreros siempre estarn ligados a las localidades donde viven, aumentado el trfico vehicular, mas difcil acceso a servicios, etc.

Tabla No 13. Matriz de valorizacin respecto a la distribucin de terreno local

FactorCostos del terreno como aspecto subjetivo

localizacinComparacin pareadaSuma preferencialRj3

Puerto cabellovalenciaMariaraMontalbn

Puerto cabello-10010,142

Valencia1-0010,142

Mariara11-130,428

Montalban110-20,285

4) Disposicin de desechos: De igual forma que el agua, y la electricidad, la disposicin de desechos es algo que en conjunto con el Estado la industria debe lidear, tomando en cuenta que dichos desechos deben cumplir con las normas 3219 publicada en gaceta oficial, y otras normas que regulen las distribucin, tratamiento, de los desechos producidos. En cuanto a esto, las zonas de Valencia y mariara son las ms ptimas, debido a su espacio geogrfico y cercana con otras industrias que de una u otra forma le permiten tratar los desechos de forma adecuada

Tabla No 14. Matriz de valorizacin respecto a la distribucin de desechos local

FactorDisposicin de desechos como aspecto subjetivo

localizacinComparacin pareadaSuma preferencialRj4

Puerto cabellovalenciaMariaraMontalbn

Puerto cabello-00110,166

Valencia1-0120,334

Mariara11-130,5

Montalban000-00

5) Tipo de comunidad: En cuanto al tipo de comunidad, afectan factores como la inseguridad, el modo de vida, capacidad de establecimiento personal, servicios, etc. Dichos factores afectan al tipo de sociedad que tiende a establecerse en las cercanas de las industrias. Es de notar que el sector de Mariara, a pesar de no ser una localidad de mayor envergadura, se conecta va la autopista regional de centro con ciudades vecinas como Valencia, Maracay, etc. Representa una localidad tranquila residencial, y con fcil acceso a las grandes ciudades, universidades, entre otros servicios que puedan afectarlo. En cuanto a puerto Cabello como Valencia, al ser ciudades ms grandes, existen una mayor Diversidad de personas, eh all donde radica el principal problema, en Distribuir de forma acertada la empresa, donde esta cuente con mano de obra capaz, y que la misma se encuentre en una zona de fcil acceso a sus trabajadores. Las ciudades grandes tienden a estratificarse, y distribuirse en zonas, de baja, media, y alta sociedad segn su estatus econmico. Cada una de ellas con distintas zonas, muchas veces lejanas a la industria. En base a esto se hace mas difcil una correcta distribucin segn el tipo de localidad de la industria a implementar.

Tabla No 15. Matriz de valorizacin respecto al tipo de comunidad local FactorTipo de comunidad como aspecto subjetivo

localizacinComparacin pareadaSuma preferencialRj5

Puerto cabellovalenciaMariaraMontalban

Puerto cabello-10010,142

Valencia1-0120,286

Mariara11-130,428

Montalbn100-10,142

6) Mano de obra: Segn este aspecto no existe diferencia alguna entre las distintas zonas, ya que todas estn ubicadas en zonas cntricas, y con una diversidad de personas, de distintos niveles educacionales. Adems el acceso a puertos, y vas que conectas con otras localidades, permite el intercambio acertado de personal y tecnologas entre otras industrias, Estados, etc.

Tabla No 16. Matriz de valorizacin respecto a la mano de obra en la comunidad local

FactorMano de obra como aspecto subjetivo

localizacinComparacin pareadaSuma preferencialRj6

Puerto cabellovalenciaMariaraMontalbn

Puerto cabello-11130,25

Valencia1-1130,25

Mariara11-130,25

Montalbn111-30,25

Determinacin de cada factor subjetivo Fs segn la localidad.El factor subjetivo se calcula como:

Tal que:

Tabla No 17. Parmetros necesarios para la obtencin de cada factor subjetivo Fs

LocalizacinRj1W1Rj2W2Rj3W3Rj4W4Rj5W5Rj6W6Fsj

Puerto cabello0,3330,1170,3330,1170,1420,1760,16600,1420,2940,250,2940,22

Valencia0,3330,1170,3330,1170,1420,1760,33400,2860,2940,250,2940,26

Mariara0,3330,1170,3330,1170,4280,1760,500,4280,2940,250,2940,35

Montalbn00,11700,1170,2850,176000,1420,2940,250,2940,16

Medida de preferencia de localizacin

Donde k es una constante que da importancia relativa entre las variables subjetivas, como principales segn sea la localidad a utilizar. Usando un K=0,5 el cual indica que entre variables principales y secundarias existe un 50% de prioridad se tiene:

Tabla No 18. Variables obtenidas de los clculos de Fo, Fs, K y MLR en cada localidad

localidadFoFskMLR

Puerto cabello0,2140,220,50,217

Valencia0,2230,260,50,241

Mariara0,3560,350,50,353

Montalbn0,2070,160,50,183

Como se puede observar el que posee mayor tendencia preferencial en cuanto a la localizacin luego de analizar todas las variables existentes, se encuentra en la localidad de Mariara Estado Carabobo. Lugar en el cual se proceder a la debida instalacin y puesta a punto de la planta de tratamiento de acido ctrico.

Seleccin de la capacidad instaladaPor definicin la capacidad instalada o de diseo es la mxima produccin posible a una determinadas condiciones (horas laborables al ao, capacidad de los equipos, suministro de materia prima, por ejemplo) [11].Para la seleccin de la capacidad instalada se tiene un rango de valores obtenidos de la demanda futura (tabla No 6); se presenta la discrepancia entre las opciones para optar por la magnitud que proporcione las mejores condiciones, para ello se deben analizar diversos factores que aporten en lo posible una capacidad rentable con la cual minimizar los riegos involucrados en la inversin de capital. Para generar un buen anlisis se proceder a plasmar una matriz de seleccin (tabla No 19) donde se valore el impacto de cada factor en las capacidades propuestas. Los factores a analizar son: Gastos en dimensionamientos: este criterio toma en cuenta la cantidad de material que se necesitar para la fabricacin de los equipos involucrados; es por ello que en funcin de este parmetro se infiere que ser ms rentable disear el proceso condicionado a la capacidad instalada presentada por los primero aos del horizonte de planeacin, ya que los equipos tendern a tener un menor tamao (menor costo) Gastos asociados a servicios y personal: en este parmetro se analiza materia prima, materiales, mantenimiento, sueldos y salarios, costos de inversin, entre otros. El anlisis del consumo que generan estos requerimientos inducen que los primeros aos de planeacin sean los candidatos para seleccionar la capacidad instalada, debido a que las capacidades instaladas de los ltimos aos de la vida del proyecto acarrean mayor tamao de equipos y por ende un incremento en consumo elctrico, mayor personal a cargo de la operacin y mantenimiento, elevados costos de inversin. Amortizacin del capital: dependido de la capacidad se que seleccione, se necesitar una inversin grande o en su defecto menor, para lograr amortizar el capital suministrado se debe elegir una capacidad referida a los primeros aos de la vida del proyecto; ya que se tendr que atenuar un monto de inversin menor. Expectativa de aceptacin: una vez que se tiene la planta instalada, el producto a obtener va a competir con los existentes en el mercado. La aceptacin del mismo puede hacer que la produccin se mantenga bajo las condiciones planteadas (mercado meta); que aumente o que no se cumplan las expectativas (la produccin sea menor al mercado meta); en funcin de estas tres asunciones, la eleccin ms conservadora en la capacidad instalada se debe inclinar hacia los primeros aos de la vida del proyecto. Proyeccin a largo plazo: dentro de todos los factores a evaluar; este es uno de los ms importantes, ya que una buena proyeccin permitir la satisfaccin del mercado meta la mayor parte de los aos de la vida el proyecto. Una capacidad instalada muy pequea limitar la produccin aos venideros; es por ello que se debe seleccionar una inclinada a los ltimos aos del horizonte pero nunca la final (este genera los ms elevados costos de inversin y su total capacidad solo se beneficia ese ltimo ao). Incremento en el mercado meta: en base a una buena propuesta del producto a ofrecer se busca como objetivo futuro incrementar la oferta (en funcin del cumplimento de una demanda o mercado insatisfecho); para ello se debe tener un cuenta que la capacidad de la planta dentro de lo razonable debe tener buenas dimensiones con el objetivo de incrementar la produccin; es por ello que la capacidad al igual que en el punto anterior debe estar referida a los ltimos aos de horizonte de planeacin.Ahora se valorar cada uno de estos aspectos en la matriz presentada en la tabla No 19, donde se les dar un peso (importancia) a cada uno de ellos:

Tabla No 19. Matriz de valorizacin de la capacidad instalada

Capacidad instalada TON/ao

Ao en el horizonte de planeacinFactores a analizar

Gastos en dimensionamientoGastos asociados a servicios y personalAmortizacin deCapitalExpectativa de aceptacin

Proyeccin a largo plazoIncrementoen el mercadometa TOTAL

20% de peso10% de peso10% de peso5% de peso

45% de peso10% de peso

EscalaMltiploEscalaMltiploEscalaMltiploEscalaMltiploEscalaMltiploEscalaMltiplo

190115010505505502,510,4510,123,1

19262499,8494,9494,9492,4541,840,424,3

19523479,4474,7474,7472,35104,510126,7

19774459454,5454,5452,252511,2520233,5

200254084044044024018252,538,5

20276357353,5353,5351,754218,930337,7

20517306303303301,54520,25333,337,1

20758265,2262,6262,6261,34821,6383,837,1

20989102101101100,54922,0540430,6

2121105150,550,550,255022,550529,8

La mayor puntuacin obtenida fue 38,5; por lo que se concluye que la capacidad instalada coincidir con la demanda pronosticada para el ao 5 del horizonte de planeacin; generando una capacidad instalada de 2002 TON/ao de cido ctrico Definicin de la tecnologa

1. Sistema global de produccin de cido ctricoPara la evaluacin de la tecnologa aplicada al sistema global de produccin se estudiaron dos vertientes: Obtencin sinttica de cido ctrico: [17]

A. Por condensacin del bromoacetato de etilo con el acetato oxalato dietlico en presencia de zinc o de magnesio.B. Tratando la p-dicloroacetona por el cido cianhdrico.

Obtencin del cido ctrico mediante fermentacin de azcar por medio de diversos gneros de microorganismos. [18]Los hongos son microorganismos con una capacidad extraordinaria de adaptacin a diferentes condiciones ambientales. Para comprender la esencia de esta capacidad es importante conocer sus bases genticas, es decir, cmo est organizada la informacin gentica, como realizan y regulan su expresin y que mecanismos de variacin gnica poseen. La capacidad infecciosa de los hongos patgenos radica en que poseen la informacin gnica necesaria para colonizar los tejidos del husped, invadirlos y/o producir sustancias txicas que causarn la enfermedad.Por otro lado el conocimiento del funcionamiento gentico de los mismos, sumados a su fcil manejo y rpida reproduccin han permitido su utilizacin para la sustitucin de las vas sintticas (A y B) pues generan el beneficio de la reduccin de la materia prima al no requerir los reactivos anteriormente expuestos, aumentan el tiempo de funcionamiento del medio reaccionante y generan mayores tazas de produccin del producto final afectando directamente en el aumento del rendimiento. Debido a estas razones se utilizar como mtodo de obtencin del cido la fermentacin; ahora en esta tcnica se encuentran diversos microorganismos:A. Aspergillus.B. CitromycesC. PenicilliumD. MoniliaE. CandidaF. Pichia

En vista de las diversas opciones anteriormente planteadas se decidi optar por el Aspergillus debido a:Los microorganismos capaces de producir y acumular cido ctrico son las especies de los gneros Aspergillus, Citromyces, Penicillium, Monilia, Candida y Pichia, aunque para la produccin comercial solo se utilizan mutantes de Aspergillus niger. Comparados con las cepas de Penicillium, los Aspergillus producen ms acido por unidad de tiempo, debido a que presentan baja actividad de las enzimas isocitrato deshidrogenasa y aconitasa hidratasa, y una alta actividad de citrato sintetasa. El gnero Aspergillus constituyen ventajas importantes si se toma en cuenta que adems la formacin de productos laterales no deseados como acido oxlico, cido isoctrico y cido glucnico puede ser fcilmente suprimida en estos mutantes.2. Fuente de azcar a utilizarSe tienen diversas fuentes de azcar que se pueden emplear en el proceso, entres estas la remolacha azucarera, la caa de azcar, el pltano y el suero de leche; debido a esto surge la necesidad de evaluar cada una de ellas en funcin de ciertos factores como se muestra a continuacin: [19] Contenido de azucares:El cido ctrico es obtenido principalmente en laindustriagracias a lafermentacinde azcares como lasacarosao la glucosa, realizada por un microhongo llamadoAspergillus niger. Debido a esta razn se realiz la evaluacin de diversas opciones para la adecuada seleccin de la materia prima, arrojando los siguientes resultados para las distintas opciones evaluadas:1) La remolacha azucarera es una planta bienal muy resistente al fro que puede crecer enclimas templados. Durante el primer ao forma una gran raz (de uno a dos kg) con entre un 15% y 20% desacarosa. El segundo ao florece pero se cosecha antes de que esto ocurra ya que hace que la raz decrezca.

2) La caa de azcar contiene entre 8 y 15% de sacarosa. El jugo obtenido de la molienda de la caa se concentra y cristaliza al evaporarse el agua por calentamiento. Los cristales formados son el azcar crudo o, de ser lavados, el azcar blanco. En las refineras el azcar crudo es disuelto y limpiado y cristalizado de nuevo producir el azcar refinado.3) El pltano constituye una de los alimentos ms milagrosos que nos ofrece la naturaleza, riqusimo en nutrientes, especialmente potasio, vitamina B6 y cido flico.

Personas a dieta suelen evitar el pltano por el convencimiento de que engorda, pero con slo 100 caloras es uno de los alimentos con ms valor nutricional. La fcula del pltano es difcil de digerir mientras no est madura y no se haya transformado en azcar. Ya maduro, el pltano se convierte en un alimento de fcil digestin con mucha fibra soluble. Es adecuado, por lo tanto, para el tratamiento tanto de estreimiento como de diarrea, mientras que tambin ayuda a eliminar el colesterol.Sus Propiedades Una de las frutas ms nutritivas Ideal para personas que desempean actividades fsicas. Beneficioso contra lceras de estmago. Bueno contra el colesterol Previene calambres si se toma antes del ejercicio fsico.Informacin nutricional Porcin: 1 pltano (100 g) Caloras: 110 (Caloras procedentes de materia grasa: 0) Grasa: 0 g Colesterol: 0 mg Sodio: 0 mg Carbohidratos: 29 g Fibra: 4 g Azcares: 21 g Protenas: 1 g

4) Referente al lactosuero dulce se tiene que es procedente de fabricaciones de coagulacin enzimtica por uso de enzima coagulante. La precipitacin de las protenas se produce por hidrlisis especfica de la casena. Por lo tanto el pH es prximo al de la leche inicial y no hay variacin de la composicin mineral. El suero dulce es el ms empleado por la industria y tiene una composicin qumica ms estable, lo que permite estimar los valores medios de composicin y bajo nivel de glucosa.

Disponibilidad:La factibilidad en un proyecto de inversin depende en gran medida de la disponibilidad de la materia prima. Incluso en mltiples ocasiones, el proyecto surge a partir de la existencia de materias primas susceptibles de ser transformadas o comercializadas. Cuando se realiza el estudio del diseo del proceso es indispensable la evaluacin de las materias primas para su disponibilidad actual, a largo plazo y contante o estacional.Adems de la disposicin de las materias primas, hay que conocer las fuentes de adquisicin de los materiales secundarios o auxiliares previniendo el continuo abastecimiento de los servicio para el correcto funcionamiento y obtencin del producto para su disposicin final. Costos de obtencin:Se define comomateria primatodos los elementos que se incluyen en la elaboracin de unproducto. Lamateriaprima es todo aquel elemento que se transforma e incorpora en un productofinal. Un producto terminado tiene incluido una serie de elementos y subproductos, que mediante un proceso de transformacin permitieron la confeccin del productofinal.

La materia prima es utilizada principalmente en lasempresasindustriales que son las que fabrican un producto. Las empresas comerciales manejan mercancas, son las encargadas de comercializar losproductosque las empresas industriales fabrican. Dentro de los costos involucrados en la obtencin de las mismas se encuentran:

El producto de la caa de azcar actualmente se encuentra regulado en Bs 5,50 la presentacin de 900 gramos. [20]

El producto del pltano verde actualmente se encuentra a Bs 5 por kilogramo. [21]

El suero de leche o lcteo se valoriza actualmente en Bs 4,50 bs por litro. [22]

La remolacha como la mayora de las hortalizas rondan actualmente los Bs 30 por kilogramo. [23]

De acuerdo a todos los criterios anteriormente expuestos se logr forjar un criterio base para la generacin de una matriz de valorizacin con la cual se estableci la seleccin de la materia prima ms adecuada, generada en la tabla 20 ; concluyendo como producto agrcola de prioridad la caa de azcar al obtener la mayor puntuacin entre las cuatro alternativas.

Tabla No 20. Matriz de seleccin de la fuente de azcar Parmetros de seleccin

Peso(%)Materias primas

RemolachaPltanoSuero de lecheCaa de azcar

EscalaMltiploEscalaMltiploEscala

MltiploEscalaMltiplo

Contenido de azcares 3051501030041208240

Disponibilidad15812081201015010150

Distribucin

10880880990990

Costos de obtencin25250512571759225

Cuidados de almacenamiento207140714061208140

Total10030540387653665544845

3. Definicin de la ingeniera conceptualEn esta seccin se definen las etapas del diseo que involucran el conjunto de operaciones qumicas o fsicas en el proceso. Esta sistematizacin de etapas se diagraman en la figura No. 7A grandes rasgos, la preparacin del cido ctrico consiste, en una fermentacin aerbica del azcar, utilizando un cultivo de Aspergillus Nger que es un hongo que produce como metabolito primario cido ctrico; por eso, en este proceso se usa como agente fermentador. Luego la posterior purificacin, mediante el proceso cal-sulfrico y la recuperacin final del producto. Cada etapa se describe a continuacin: [24]I. Acondicionamiento del sustrato (melaza)El objetivo de esta primera etapa del proceso es la purificacin del jarabe. Se inicia transportando la melaza proveniente del o los tanques de almacenamiento a la etapa de eliminacin de slidos suspendidos y las impurezas de la melaza. Luego el jarabe es pasado por una celda de intercambio inico para retirar los iones del flujo. Despus el jarabe es sometido a un proceso de pasteurizacin.II. FermentacinUna vez pasteurizado, es bombeado al fermentador, el cual es un recipiente rgido en donde se lleva a cabo la transformacin de la sacarosa en cido ctrico por medio del Aspergillus Nger. El Aspergillus Nger es inoculado en este fermentador. Se hace el ajuste de pH y se aaden nutrientes (amoniaco NH3, sales de fermentacin). El aire estril se burbujea dentro del fermentador. Luego de la fermentacin, el flujo es pasado a la fase de separacin del micelio. La masa conformada por el micelio y el microorganismo muerto se denomina biomasa o torta y constituye un subproducto o un efluente del proceso.III. Purificacin del cido ctricoEl cido ctrico debe ser separado del micelio, del microorganismo muerto, el azcar residual, las protenas producidas por la fermentacin y otras impurezas solubles. Para lo cual se lleva a cabo el proceso denominado cal-sulfrico: se basa en tratar el licor madre con una lachada de cal (Ca(OH)2 cal apagada), de lo cual se forma citrato de calcio. Posteriormente se aade cido sulfrico para descomponer el citrato de calcio. Por lo tanto en esta etapa se forma sulfato de calcio el cual es retirado de la solucin por medio de un filtro y se constituye como un desperdicio o como un subproducto del proceso. Luego del paso del producto por el filtro se deben remover las impurezas solubles que producen color a la solucin de cido ctrico y en general sustancias orgnicas contenidas en el licor. Debido que a lo largo del proceso se aaden sustancias que aumentan la cantidad de iones contenidos en la mezcla, antes de cristalizarlo hay que retirar estos iones (Ca++ y SO4=). Posteriormente se retirar la mayor cantidad de agua para pasar al cristalizador; en este proceso se separan los cristales formados del lquido saturado que se denomina licor madre. Este licor se recircula a la etapa de intercambio inico o al tanque de tratamiento por cal. Inmediatamente pasan a la centrifuga en donde es eliminado el licor madre de los cristales formados. Dichos cristales se introducen en un equipo de secado que permita retirar humedad hasta cumplir con las especificaciones.

IV. Empaque y almacnLos tamaos anteriormente clasificados son empacados en bolsas con interior de polietileno y exterior de polipropileno, para su posterior almacenaje bajo ciertas condiciones (estas se explican en la seleccin de la tecnologa)

Figura No 7. Diagrama de bloques del proceso de fabricacin de cido ctrico (ingeniera conceptual) Estril

Retiro de iones 1EsterilizacinFiltracin No 1FermentacinAlmacenaje de materia prima

Iones Ca++, Mg++

Vapor de AguaMicroelementosImpurezasNutrientesA. Niger

AguaCal viva

Descomposicin del citratoLechada de cal

Filtracin No 4

Filtracin No 3

Filtracin No 2

Sulfato de calcio CaSO4Desechos y compuestos sin reaccionarAc. Sulfrico H2SO4MicelioOrganismos muertos

Licor madre

Retiro de iones 2 y sustancias orgnicas solubles

CristalizacinRetiro de aguaCentrifugacin

Agua

ImpurezasIones Ca++, SO4=

SecadoAlmacenajeEmpaque

Material fuera de tamao estandar

4. Seleccin de la tecnologa en cada etapa del proceso

a. Almacenaje de la materia prima [25]La ubicacin del depsito principal de almacenamiento de melaza reviste una gran importancia y la primera condicin es que esta ubicacin debe ser de fcil acceso y presentar una superficie de acercamiento capaz de soportar el peso bruto de los vehculos de 40 toneladas. Si resulta posible, el depsito debe encontrarse situado en el interior de un edificio o en un lugar protegido con el fin de reducir al mnimo las prdidas de temperatura cuando existan climas fros. La tubera de llenado del depsito debe tener un dimetro de 100 mm e introducirse por la parte superior del depsito. Resulta una buena medida instalar un filtro doble en el punto de entrada, seguido de una vlvula. Las cestas del filtro deben presentar unos orificios de 2 mm y las perforaciones mximas. La recomendacin es que la capacidad de almacenamiento de melaza de cualquier fbrica equivalga a cuatro das del consumo mximo posible en el perodo de produccin ms agitado. Esa cifra determinar el tamao del depsito o los depsitos necesarios para cubrir las necesidades de la fbrica, ms un factor de incremento del consumo o de utilizacin de maquinaria adicional.Para el almacenamiento principal de la melaza en las fbricas se suele utilizar depsitos cilndricos pero, en algunas circunstancias, quizs resulte necesario utilizar unos depsitos rectangulares que se adapten a un lugar complicado. En ambos casos, el material recomendado es el acero suave. No es preciso recubrir las superficies metlicas del interior de los depsitos y conviene evitar el empleo de materiales txicos como el minio. La melaza con un contenido normal de humedad no corroe el acero suave pero las superficies metlicas internas, como la tapa superior del depsito y los laterales no recubiertos del depsito, que no se encuentren en contacto directo con el lquido pueden oxidarse a causa de la condensacin originada por las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior del depsito. Para evitar la corrosin causada por la condensacin, convendra crear una corriente de aire adecuada mediante la instalacin de respiraderos en la parte superior del depsito. La ventilacin resulta fundamental para facilitar el desplazamiento del aire durante la entrega de la melaza. El dimetro de los tubos de ventilacin no debe ser inferior a 100 mm y los tubos deben ser diseados de tal manera que la lluvia no pueda introducirse en los depsitos. Conviene utilizar un tubo de ventilacin del tamao adecuado e instalado en la posicin correcta para permitir que la melaza rebose en caso de que, por accidente, se llene el depsito en exceso. Si cabe esa posibilidad, resulta fundamental instalar una zona de recogida del lquido rebosado como, por ejemplo, un muro de contencin, pues es ilegal contaminar los sistemas de alcantarillado. La ventilacin correcta de los depsitos es doblemente importante si el depsito de almacenamiento est provisto de un sistema de calefaccin y el depsito no se encuentra protegido mediante un aislante de buena calidad. Tabla No 21. Matriz de seleccin de la geometra del tanque de almacenamiento

FACTORES

PESO(%)ALTERNATIVAS

1.-Tanque cilndrico2.-Tanque esfrico3.-Tanque rectangular

EscalaMltiploEscalaMltiploEscalaMltiplo

Seguridad2091,8102

91,8

Costos108

0,860,690,9

Mantenimiento3092,772,192,7

Extraccin del crudo4010483,272,8

TOTAL100-9,3-7,9-8,2

Por medio de la matriz de valorizacin presentada se concluye que se utilizar un tanque de acero suave con geometra cilndricab. Filtracin [24 y 26]La eleccin del tipo de filtro ms adecuado depende de muchos factores diferentes: de la especie, cantidad y tamao de partculas a separar, de la especie, volumen y temperatura del medio a filtrar, as como del mtodo de filtracin y de la precisin requerida. Las exigencias para el filtro son tan diferentes como lo son cada uno de los campos de aplicacin. Se tienen que tener en cuenta las caractersticas qumicas y fsicas de la muestra a filtrar, as como el consiguiente anlisis o manipulacin del precipitado o del filtrado.

Filtracin con papel

Los papeles de filtro y los cartuchos de papel retienen las impurezas en la superficie y en la matriz del filtro. Frecuentemente se denominan como filtros de profundidad y tienen una elevada capacidad de retener partculas y permiten procesar grandes cantidades de muestra. Las impurezas se van acumulando a medida que avanza la filtracin dentro del filtro, modificando las propiedades de filtracin. Entre las fibras dispuestas anrquicamente del filtro de profundidad se forma un lecho filtrante secundario. Esta es la razn por la que no se puede determinar una porosidad nominal para los filtros de profundidad. Como orientacin, puede encontrar en las tablas de caractersticas de nuestros productos unos rangos de retencin, pero que slo son vlidos para el inicio del proceso de filtracin. Nuestra gama de productos abarca filtros de profundidad con rangos de retencin que van desde 1 hasta aproximadamente 30 mm.

Filtracin con membrana

La membrana filtra fundamentalmente en la superficie de la misma. Partculas mayores que la porosidad nominal permanecen sobre el filtro, mientras que las partculas ms pequeas pasan el filtro, a no ser que otras interacciones en el filtro retengan stas en la matriz de la misma. Se puede ensayar la integridad de los filtros de membrana. La filtracin es claramente ms lenta que con filtros de profundidad. Nuestra gama de productos abarca filtros de membrana con tamaos de poro desde 0,1 a 12 mm.

Filtracin por vaco o por presin

En filtraciones sencillas nicamente la gravedad acta sobre el proceso. Como consecuencia, los tiempos de filtracin son largos. La aplicacin de vaco en el lado donde se recoge el filtrado o la aplicacin de presin en la parte superior del filtro aceleran la filtracin. El montaje aparatstico resulta as algo ms complejo, pero es una desventaja que queda claramente compensada gracias a la obtencin de tasas de flujo ms elevadas. Los aparatos de filtracin Selectron para filtracin en lnea o por lotes, son mecnicamente estables a la presin y estn fabricados con materiales de elevada calidad qumicamente resistentes. Soportes adecuados para los filtros garantizan que estos resistan las diferencias de presin. La construccin de los aparatos posibilita la sencilla sustitucin y una limpieza cmoda.

FILTRACIN

PESO(%)ALTERNATIVAS

1) Filtracin con papel2) Filtracin con membrana3) Filtracin al vaco

EscalaMltiploEscalaMltiploEscalaMltiplo

Retencin de partculas30

82,492,7103

Porosidad1070,780,820,2

Tazas de flujo3061,841,2103

Costos1070,760,680,8

Mantenimiento2071,481,691,8

Total100-7-6,9-8,8

Tabla No 22. Matriz de seleccin del tipo de filtro para el retiro de slidos suspendidos e impurezas de la melaza

Una vez expuestos cada una de los filtros y haber valorado cada uno en la matriz anterior se concluye que el filtro que se debe utilizar es el de vaco o presinAhora bien, en diversas etapas del proceso se necesitar una unidad de filtracin; dentro de los filtros a vaco se usarn principalmente los de tambor rotatorio, que consisten en un cilindro horizontal perforado recubierto por una tela filtrante, interiormente el cilindro est dividido en una serie de celdas interconectadas por una vlvula y est sumergido parcialmente en una cuba con la suspensin a filtrar. Aplicando vaco a las celdas sumergidas se forma una torta ms o menos gruesa dependiendo de la velocidad de rotacin del tambor, posteriormente, la torta se retira por uno de los mltiples mtodos que existen, el ms comn es una simple rasqueta, pero existen mtodos ms complicados segn sean las caractersticas de la torta formada.A la hora de disear una unidad de filtrado rotatorio a vaco existen numerosas variables a tener en cuenta: porcentaje de tambor sumergido, velocidad de giro del mismo, sistema de suspensin del lquido a filtrar en la cuba, tipo de separacin tela-tora.Filtracin No. 1 La primera filtracin a realizar se hace necesaria antes de que las melazas entren en la columna de intercambio inico. Las melazas, provenientes de la industria azucarera, vienen con gran cantidad de slidos no disueltos de amplia distribucin de tamao y caractersticas, los cuales han de ser separados antes de entrar en operaciones posteriores. Para la eliminacin de estas impurezas se dispondr de un filtro rotatorio de vaco que retirar aproximadamente un 10% del peso de la melaza a filtrar en forma de torta. Filtracin No. 2 Tras acabar el ciclo fermentativo, y antes de la lechada de cal, se debe separar el micelio (microorganismo muerto) del medio post-fermentativo, es importante separarlo en su totalidad y lo ms limpiamente posible ya que se trata de un subproducto de la planta comercializable. Para el cumplimiento de esta tarea hay dos principales alternativas, la primera es una centrifugacin usando centrifugas similares a las que se usan para separar levaduras (yeast centrifuge) aunque existe el problema de que, en este caso, el microorganismo es de mayor tamao. La segunda alternativa, que es la seleccionada, es un filtro rotatorio de vaco con precapa. El uso de una precapa es debido a que la torta formada por el micelio no es suficientemente porosa, incorporando una ayuda filtrante se incrementa la porosidad de la torta y aumenta el caudal de filtrado. Filtracin No. 3 En esta etapa se separa el citrato clcico producido por la lechada del resto del licor. Para ello se usar un filtro de tambor rotatorio a vaco que separar el citrato precipitado en forma de torta, quedando como residuo el resto del licor compuesto principalmente por agua, nutrientes, deshechos de la fermentacin, cido ctrico e hidrxido clcico sin reaccionar. En esta unidad se ha de tener en cuenta que la filtracin se va a realizar a una temperatura del licor cercana a la de su ebullicin para as disminuir todo lo posible la viscosidad del licor y que ste no quede adherido a la torta. Como en el caso anterior. Se necesita un buen lavado de torta para que quede lo ms limpia posible de licor ya que ste ya solo contiene impurezas. Filtracin No 4 Tras la descomposicin del citrato clcico con cido sulfrico, el cido ctrico quedar libre en disolucin, pero se formar una gran cantidad de sulfato clcico (yeso) que ha de separarse del producto. Para este fin se podra utilizar tambin un filtro de tambor, pero se formar mucha cantidad de yeso y todo debe ser lavado adecuadamente para separar el cido ctrico que quede adherido, por ello, en lugar de usar un filtro de tambor, en esta etapa se usar un filtro de banda horizontal de vaco, ya que estos filtros, adems de tener la misma eficacia que los de tambor, tienen un lavado mucho ms efectivo al poder tratar ms cantidad de torta en el mismo tiempo, adems de capacidad para configurar el tipo de lavado necesario para cada situacin as como incorporar un sistema de secado de torta por camisa de vapor. El inconveniente de este tipo de filtro es el gran tamao que ocupa al tener de 2 a 3 metros de ancho y de 10 a 30 metros de largo, adems de ser ms lento que los de tambor. Se seleccionar pues un filtro de banda de vaco con un sistema de lavado en contracorriente en dos etapas (el ms efectivo) y de secado de torta por camisa de vapor con capacidad suficiente para tratar todo el volumen del tanque de disolucin con cido sulfrico en no ms de 6 horas. La fase lquida obtenida contiene agua, cido ctrico y yeso en muy baja proporcin adems de iones disueltos de sulfato y calcio. La torta separada contendr una nfima proporcin de productoc. Retiro de iones (1 y 2) [24]Para poder obtener la produccin mxima de cido ctrico se debe introducir en el medio de cultivo una serie de nutrientes secundarios en determinada concentracin. La influencia de la concentracin de estos nutrientes en el rendimiento de la fermentacin ha sido estudiada por muchos autores que han determinado que la falta o el exceso de alguno de estos suplementos tienen un efecto severo. Teniendo en cuenta que el agua proviene de la red llevar incorporados algunos de estos nutrientes en mayor o menor medida, adems de compuestos clorados y otros que no interesan para la fermentacin, ser necesario, pues, desmineralizar y mejorar la calidad del agua. La melaza obtenida tambin presenta una composicin inica que puede ser muy variable. Hay dos soluciones para este problema, la primera y ms comn es hacer contactar el medio con una resina de intercambio inico que retire estos iones, la segunda, es la adicin de cianoferrato para hacer precipitar los iones de hierro, cobre, zinc y manganeso. La adicin de cianoferrato queda descartada ya que se formaran una serie de productos txicos que posteriormente habra que eliminar, ya que afectan directamente la vida de los microorganismos en el fermentador. Se optar por un equipo de columnas (resina catinica, resina aninica) que posea un sistema de regeneracin de resinas integrado y la posibilidad, si cabe, de trabajo continuo para que los ciclos de recarga de las columnas no influyan en el proceso de intercambio inico. Adems del mencionado, se necesitarn otros lechos desmineralizadores: el primero se necesita en la alimentacin de agua de la caldera, pues estos equipos sufren mucho con aguas no tratadas. Muchas calderas traen ya de fbrica un sistema para desmineralizar el agua, optndose por uno de estos equipos. El segundo ser necesario tras la reaccin de descomposicin del citrato e incorporar una columna de carbn activado para, en primer lugar, eliminar las sustancias orgnicas solubles que puedan quedar y que daran mal color y olor al producto final y, en segundo, para eliminar iones y que quedan tras el proceso cal-sulfrico.d. Esterilizacin [24]El medio de cultivo donde se inocular el Aspergillus niger posee una gran variedad de clulas vegetativas y de esporas que deben ser eliminadas antes de la inoculacin. Para ello se utilizar como agente esterilizante el calor, ya que un agente qumico poda alterar la composicin del medio. Los mtodos ms usados industrialmente para la esterilizacin son: los intercambiadores de calor y la inyeccin de vapor. En el primero el medio de cultivo pasa a travs de un intercambiador de calor de placas que eleva la temperatura a 120C durante unos minutos para eliminar los microorganismos. En la segunda se inyecta vapor a 140C en la disolucin de nutrientes durante varios minutos. La ventaja de usar intercambiadores es que el calor utilizado se recupera en un 90%, hacindolos muy efectivos energticamente, sin embargo, se suelen formar precipitados e incrustaciones que disminuyen el rendimiento de la unidad con el tiempo, aumentando las operaciones de mantenimiento y complicando el control del proceso. El mtodo que se utilizar ser el de inyectar vapor procedente de una caldera a travs de la lnea de aireacin y nutrientes cargados en el reactor. El vapor mantendr la disolucin de nutrientes a 100C, as se conseguir, adems de esterilizar el medio de cultivo, esterilizar el interior del reactor. Tras esterilizar cada fermentador en cada ciclo deber hacerse un recuento de microorganismos en el medio, si ste no es satisfactorio se deber proceder a esterilizar de nuevo el medio de cultivo. La pasteurizacin o esterilizacin se lleva a cabo primero en un calentador de evaporacin instantnea, despus se utiliza un circuito de acumulacin y un enfriador de jarabe para obtener las condiciones trmicas necesarias en el fermentadore. Fermentacin [24]El fermentador es la unidad clave del proceso ya que es donde se va a producir el cido ctrico a partir del crecimiento controlado de Aspergillus niger. En esta unidad van a influir numerosos factores: temperatura, agitacin, concentracin de oxgeno, nutrientes y pH son las ms importantes. El fermentador ser llenado con las melazas, agua y nutrientes para posteriormente introducir el inculo. El inculo provendr de otro fermentador de menor capacidad en el que se habr desarrollado un cultivo crecido previamente en laboratorio. Es imprescindible inocular el microorganismo ya adaptado al medio y eliminar en lo posible el tiempo de latencia. Se ha optado por el uso de fermentadores discontinuos que, aunque tienen una menor produccin, presentan menor costo que los continuos y al estar su uso ms implantado, se tiene una mayor experiencia en su manejo. A la hora de adquirir un fermentador hay que tener en cuenta que posea un sistema adecuado de aireacin y agitacin para un ptimo crecimiento celular. Tambin es importante tener un control de temperatura y pH al ser estos parmetros cruciales para el proceso. Para que no se den acumulaciones de microorganismos y facilitar su limpieza, ha de tener paredes internas totalmente lisas.Tambin ha de buscarse un equipo con cierta versatilidad que permita hacer variaciones del proceso; debe de ser lo ms sencillo de manejar y operar posible. Ha de tener una geometra similar a los otros de la planta de manera que se puedan hacer escalamientos y extrapolaciones. Sistema de agitacin La agitacin que requiere el sistema para la necesaria homogeneizacin del medio, vendr dada por tres palas giratorias situadas en el eje central del fermentador, dispuestas en la parte de abajo, arriba y centro y girando aproximadamente a 70 u 80 rpm, aunque ha de ajustarse el valor ptimo una vez se encuentre en funcionamiento la planta. Habr una entrada de aire en el sistema de engranajes y que conectar con las palas de agitacin. El aire entrar por estas palas a distintos puntos del fermentador, consiguiendo as una aireacin ms efectiva que teniendo una sola pala con entrada de aire. Se Tendr as un mayor contr