UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

INGENIERIA DE ALIMENTOS

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA DE UNA PLANTA

PROCESADORA DE JUGO DE NARANJA

PRESENTADO POR

LUZ ANGELICA GALEANO CANO

52833831

DIEGO HERNANDO VERA

79709042

WILLIAM MOSQUERA

DOCENTE

BOGOTA D.C. NOVIEMBRE 2009

INTRODUCCION

El presente trabajo tiene como finalidad poder realizar un balance de materia y energía y establecer los costos de producción del producto seleccionado, para dar aplicación a los conceptos del curso de procesos químicos, así como el desarrollo teórico de planteamiento de problemas que se dan en la industria de los alimentos.

OBJETIVO GENERAL

Elaborar una investigación sobre la producción de un producto químico específico a escoger por parte del grupo colaborativo en el que realice una aplicación de todas las temáticas del curso de procesos químicos, demostrando así la importancia y aplicabilidad de los Procesos Químicos en su disciplina formativa.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Entender el funcionamiento de una planta de producción de jugo de naranja.

Conocer los balances de materia y energía realizados en la producción de jugo de naranja.

Establecer los costos de producción del jugo de naranja.

DEFINICION

Se entiende como jugo de naranja al producto obtenido por expresión de la naranja de la variedad Citrus cinesis, sin diluir, sin concentrar, no fermentado y sometido a tratamiento adecuado que asegure su conservación en el envase. Este puede contener pulpa de frutas divididas finamente y poseer aditivos alimentarios permitidos. No poseer corteza semillas o sedimentos de materia extraña.

Debe cumplir con las características fisicoquímicas: Densidad relativa a 293 K/293 K (20ºC/20ºC) 1.04021 1.05464 pH 3 a 4. Acidez titulable expresada como ácido cítrico anhidro en g/100 cm 3 0.65 1.85. Sólidos disueltos por lectura refractométrica a 293 K (20ºC) expresado en grados Brix. 10.5 13.5. Relación entre el contenido de sólidos disueltos y acidez titulable 12.0 20.0. Este ultimo expresa el índice de madurez.

PLANTA DE PRODUCCION

DIAGRAMA GENERAL DEL PROCESO

1

5

2

4

3

NARANJA

EXTRACCION DEL JUGO

CASCARAS SEMILLAS Y PULPO

EXTRACCION

PULPA DESHIDRATACION

PULPA CITRICA

LIQUIDOS DE LA CASCARA

EVAPORACION

MELAZAS

JUGO PARA ENVASAR

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO Y DEL PROCESO  

El jugo, es la parte líquida de la fruta que se obtiene por la aplicación de presión sobre ésta. Los jugos se elaboran a partir de frutas cítricas, manzanas, uvas y piña. El jugo de naranja es el que se más se elabora en el mundo y su valor nutritivo radica en su alto contenido de vitamina C.    Para obtener un jugo de naranja de alta calidad es recomendable usar fruta fresca, no obstante en la mayoría de las industrias el jugo se elabora a partir de una base concentrada que es más fácil de conservar y manipular. Además se le agrega azúcar para bajar costos de producción. La conservación del jugo de naranja natural se lleva a cabo por el tratamiento con calor (pasteurización), la asepsia durante la preparación y llenado, la baja acidez del producto, y la conservación en ambientes refrigerados..   El proceso de elaboración de jugo de naranja a partir de fruta fresca, consiste en seleccionar, lavar y exprimir las naranjas para extraer el jugo. Seguidamente se filtra para separar las semillas y sólidos en suspensión y por último se pasteuriza y llena en envases de vidrio, plástico, hojalata o cartón, según el nivel tecnológico que se tenga.

 MATERIA PRIMA E INGREDIENTES Naranjas maduras, de variedades dulces y con abundante jugo INSTALACIONES Y EQUIPOS

Instalaciones

El local debe cumplir con los requisitos de diseño higiénico que exige las autoridades de salud para el procesamiento de alimentos. Debe ser lo suficientemente grande para albergar las siguientes áreas: recepción de la fruta, sala de proceso, sección de empaque, bodega, laboratorio, oficina, servicios sanitarios y vestidor. La construcción debe ser en bloc repellado con acabado sanitario en las uniones del piso y pared para facilitar la limpieza.

Los pisos deben ser de concreto recubiertos de losetas o resina plástica, con desnivel para el desagüe. Los techos de estructura metálica, con zinc y cielorraso. Las puertas de metal o vidrio y ventanales de vidrio. Se recomienda el uso de cedazo en puertas y ventanas.

Equipo

Balanza Extractor de jugos Selladora Termómetro Estufa (fuente de calor) Ollas Utensilios: cuchillos, paletas, colador, embudo Botellas de plástico o vidrio

DIAGRAMA DE FLUJO PARA JUGO DE NARANJA

              NARANJAS         ¯         RECEPCIÓN         ¯         SELECCIÓN ® Fruta de rechazo     ¯    

Agua clorada ® LAVADO ® Agua de lavado     ¯    

    EXTRACCIÓN DEL JUGO         ¯    

    FILTRADO   Hasta 65 °Brix     ¯         PASTEURIZACIÓN         ¯       ENVASADO 95 °C x 10 minutos     ¯         ETIQUETADO         ¯         ALMACENAMIENTO              

DESCRIPCION DEL PROCESO   El proceso que se explica a continuación es para la elaboración de jugo de naranja, envasado en botellas plásticas y sin adición de preservantes.   Recepción: consiste en cuantificar la materia prima que entra al proceso, es necesario usar balanzas limpias y calibradas.   Selección: se selecciona fruta madura con la relación °Brix/acidez adecuada. Se desecha la fruta verde, la excesivamente madura o que presente golpes y podredumbres.   Lavado: se hace para eliminar bacterias superficiales, residuos de insecticidas y suciedad adherida a la fruta. Se debe utilizar agua clorada.   Extracción del jugo: esta operación se puede hacer con una máquina industrial que recibe las naranjas enteras y realiza la extracción y filtración del jugo de una vez. También se puede utilizar un extractor doméstico (eléctrico) o uno manual.   Filtrado: el jugo se pasa por un colador de malla fina para separar las semillas y otros sólidos en suspensión.   Pasteurizado: el jugo recibe un tratamiento térmico de 65 °C durante 30 minutos (pasteurización). Una vez transcurrido el tiempo, la operación se completa con el enfriamiento rápido del producto hasta una temperatura de 5 °C, a fin de producir un choque térmico que inhibe el crecimiento de los microorganismos que pudieran haber sobrevivido al calor.   Envasado: el jugo se llena en envases de plástico, los cuales deben haber sido lavados, enjuagados con agua clorada y etiquetados. Al llenarlos se deja un espacio vacío, llamado espacio de cabeza, que equivale al 10% del tamaño interno del envase.

  Sellado: la colocación de la tapa puede hacerse manual o mecánicamente, dependiendo del

envase y el equipo con que se cuente.  

Embalaje y almacenado: después de sellado, se procede a colocarle la etiquetilla con la fecha de vencimiento y por último se acomodan los envases en canastas plásticas para su almacenamiento en refrigeración.  CONTROL DE CALIDAD   En la materia prima Controlar que las frutas a procesar, sean frescas y estén sanas, es decir sin magulladuras, defectos o demasiado verdes.

 En el proceso Las operaciones de extracción, filtrado, pasteurización y envasado deben realizarse en forma rápida porque el jugo de naranja se oxida fácilmente y se altera el sabor. En el proceso se deben controlar las temperatura y tiempo de pasteurización, así como la temperatura de enfriamiento.   En el producto final Verificar la relación °Brix/acidez, así como el color y sabor del jugo..

  El producto en almacenamiento El jugo envasado en botellas de plástico y sin adición de preservantes tiene una vida útil en refrigeración de 7 a 10 días. Cuando el jugo se deteriora se vuelve más ácido y el sabor es desagradable.

 ASPECTOS DE COMERCIALIZACIÓN   El jugo de naranja natural es más apreciado que los jugos reconstituidos, aunque su precio es un poco más alto. El mercado potencial está a nivel de hoteles, restaurantes y supermercados.

 

 

BALANCE DE MATERIA

La planta tiene un rendimiento máximo de 2000Kg de naranja con un 15% de sólidos y se obtiene un jugo con 12% de sólidos (1) y cascaras con 17.55% de sólidos. El liquido de cascara contiene 12% de sólidos que por evaporación da unas mezclas cítricas de 72° Brix.

La pulpa (4 y 5) con 25% de sólidos se deshidrata para dar 30.81Kg de pulpa cítrica final, que contiene un 10% de humedad.

Entonces tomando como base de cálculo que entran al proceso 2000Kg/h tenemos

1. Jugo:

2000Kg con 15% de sólidos.

Sólidos= 2000Kg *15%/100%= 300Kg de sólidos

La cantidad de jugo en el proceso obtenida es de 913.5Kg

913.5Kg*100%/2000Kg = 45.67%

2. melazas

Se obtienen 106.5Kg

106.5Kg*100%/2000Kg= 5.3%

BALANCE DE ENERGIA

La energía consumida por la maquinaria en el proceso es obtenida por, la potencia de los motores de la agitación de la marmita, despulpadora, empacadora al vacio y cuarto frio (difusor y ventilador) un total de 20Hp (14.918 Kw). Que se distribuyen así: 15 Hp pertenecen al motor del cuarto frio y los otros cinco a las otras maquinas (Según parámetros técnicos de los equipos anteriormente descritos)

La planta utilizará 14.918 Kw/hora y

14.918Kw X 8h= 119.344/día Utilizada diariamente trabajando 8 horas,

Como los cuartos frios trabajan 24 horas utilizan 35.803Kw/año

El costo de Kw es $219.016

Entonces:

119.334 + 35.803 = 155.137 Kw/año

155.137Kw * $219.016 = $33´977.485 anuales

ESTRUCTURA DE COSTOS

Precio kilo de naranja valencia calidad extra $700. dato CORABASTOS

La planta trabaja 5 dias a la semana, o sea 40 horas a la semana,160 horas mes la planta tiene una capacidad de procesamiento de 2000Kg/h, es decir, 16.000Kg dia, 80.000Kg semana, 320.000Kg mes.

De 2000Kg de naranja se obtienen 913.5 Kg

Densidad jugo de naranja a 20°C = 1,05g/ml

1,05Kg/l = 913.5Kg/L → L =913.5Kg/1,05Kg/l = 870L

Entonces de 2000Kg de naranja, obtenemos 870 Litros/hora.

913.5Kg*100%/2000Kg= 45.6%

Entonces:

1Kg*913.5Kg/2000Kg=0.456Kg

45.6%*$700/100%=$319.2

MATERIA PRIMA

Para empezar a trabajar la planta vamos a procesar 1,650Lb/ hora de naranja

Es decir 825Kg*100%/2000Kg = 41.25% de su capacidad total de producción

según datos hallados en las tablas de grados Brix, el jugo con 15°Brix pesa 8.83lbs/galon equivalente a 1.05Kg/litro entonces la capacidad de producción es:

Lbs fruta procesada

Lbs jugo producidas

Galones de jugo

Litros de jugo

Por hora 1.650 495 56 212Por 8 horas 13,200 3,960 448 1,696Por 5dias 66,000 19,800 2,242 8,487Por mes 238,800 85,140 9,642 36,499

En este caso la contribución de la materia prima al costo del producto final seria;

238,800lbs*$350 = 99´330,000 / 85,140lbs = $1,116.6 /lb.

MANO DE OBRA

Hay directa e indirecta, la directa como su nombre lo indica esta es la que se involucra directamente en el proceso. La indirecta es aquel personal de planta necesario en la operación pero que no participa directamente en el proceso por ejemplo personal de limpieza, vigilancia, administración, mantenimiento etc.

CATEGORIA PERSONAL COSTO MENSUALAdministracion 4 $3´200,000

Campo 2 1´000,000mantenimiento 3 1´500.000

Bodega 2 1´000.000Proceso 15 7´500,000

Control de calidad 1 500,000Vigilancia 2 1´000,000

Total 29 15´700,000

En este caso la contribución de la mano de obra al costo del producto final será

15´700,000/85,140 lbs jugo mensual= $184.4/ lb

ENERGIA

Según los datos obtenidos en el balance de energía tenemos que la planta tiene un costo anual de $33´977.485 anuales o sea $2´831,457mensual

Entonces

$2´831,457/ 85,140lbs = $33.2/lb

MANTENIMIENTO

Aquí se incluyen los gastos por repuestos y otros los conceptos adicionales para el fucionamiento de la planta de la planta. $700,000

$700,000 / 85,140lbs = $8.22 7/ lb

EMPAQUE

Debemos considerar que el empaque primario de este jugo son cubetas plásticas de 5 galones a un precio de $18.000 cada una. El empaque secundario como bolsas platicas, etiquetas y demás envase deben agregarse en este renglón pero para efectos reales de este trabajo solo consideramos las cubetas.

9,642 galones de jugo/mes / 5 galones / cubeta = 1,928 cubetas al mes * $18,000

= $34´704,000 / 85,140lbs = $407 / lb

DETERMINACION DEL PRECIO DE VENTA

ITEM $/lb JUGO %MATERIA PRIMA $1,116.6 /lb. 63.8MANO DE OBRA $184.4/ lb 10.5

ENERGIA $33.2/lb 1.8MANTENIMEINTO 8.22 7 lb 0.4

EMPAQUE $407 / lb 23.2SUBTOTAL $1,749.4 100

10% IMPREVISTOS $17525% MARGEN $437.3

PRECIO DE VENTA 2361.7/lb

CONCLUSIONES

A través del desarrollo del trabajo se pudo conocer y entender el funcionamiento de una planta procesadora de jugo de naranja.

Se pudo conocer y establecer los balances de materia y energía para el proceso total y para el proceso con un trabajo de 45% de rendimiento de la planta.

Se pudieron establecer los costos de funcionamiento, servicios, mano de obra, materia prima, operación de maquinas, mantenimiento, empaque y otros para determinar el costo de venta del jugo de naranja.

BIBLIOGRAFIA

FONSECA, V. UNAD. Modulo Balance de Materia y Energía. 2007.

RESTREPO, F y otros. Quimica Organica Basica. Editorial Bedout S.A.

VALIENTE, A. Problemas de Balance de Materia y Energía. Limusa Noriega Editores. 2da edición. México. 2006