Empaque Proyecto, diseño de planta de procesamiento de jugo de limón PDF

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Elaboración del diseño de planta de procesamiento de jugo de limón...

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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingenier´ıa Escuela de Ingenier´ıa de Biosistemas

Proyecto de Curso Dise n˜ o de planta para jugo de Citrus limonia envasado para su distribuci´on

IB0034 Procesos de Transformaci´on y Empaque

David Hern´andez Alvarado, B23152, [email protected] Jonathan Rivera Pereira, B05222, [email protected] Kevin Segura Rodr´ıguez, B26351, [email protected]

10 de septiembre de 2020 I-2020

´Indice 1. Introducci´on 1.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Justificaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 2 3

1.3.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2. Objetivos espec´ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 3

2. Generalidades de la Empresa 2.1. Ubicaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4 4 5

3. Resultados 5 3.1. Operaciones Unitarias del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.2. Especificaciones del equipo requerido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.3. Balance de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.4. Balance de energ´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.5. Dise˜no de planta propuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.6. Inocuidad del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.7. Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4. Conclusiones

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5. Recomendaciones

18

´Indice de figuras

3. 4. 5.

Ubicaci´on de la planta de jugo de lim´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Operaciones unitarias requeridas para la comercializaci´ on de jugo de Citrus x limonia envasado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Envases seleccionados para la refrigeraci´ on y congelaci´on del jugo de lim´on . . . . 8 Rodillos de lavado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Extractor de jugo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

6. 7. 8. 9. 10.

pHmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Refract´ometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Refrigeraci´ Congelaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Balance de masa para la producci´ on de jugo de lim´on de manera mensual

1. 2.

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

11 11 11 11

. . . . . 12 ii

11. 12.

Balance de energ´ıa para la producci´ on de jugo de lim´on . . . . . . . . . . . . . . . 13 on . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Vista en planta para envasadora de jugo de lim´

´Indice de cuadros I. II.

on de Especificaciones de los equipos principales que se requieren en la producci´ jugo de lim´on [1, 2, 3, 4, 5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Costos asociados al equipo de planta requerido [1, 2, 3, 4, 5]. . . . . . . . . . . . . 17

iii

1.

Introducci´on

1.1. Generalidades A partir del a˜ no 2000, la producci´on de c´ıtricos a nivel mundial alcanz´ o valores de 70,8 millones de toneladas. Esto debido a un aumento exponencial de la poblaci´on mundial, as´ı como el aumento en la producci´on agr´ıcola, el consumo de productos c´ıtricos tambi´en aumenta considerablemente. En los ultimos ´ a˜nos el consumo de c´ıtricos adem´as de hacerse popular, ha ido evolucionando en las presentaciones y formas de consumirlo. Sumado a esto, del total de la producci´on de c´ıtricos, para el a˜no 2001 cerca del 60 % se consum´ıa en forma de producto fresco y el restante 40 % era procesado y modificado para darle valor agregado a este producto. [6] En la actualidad, el consumo de zumo (jugo de lim´on) o cualquier otro c´ıtrico de una forma as que todo por su sabor placentero y procesada, se ha vuelto muy popular; esta popularidad es m´ refrescante garantizado en cada uno de los empaques procesados. Adem´as de que cada uno de los consumidores tienen claro el alto valor nutritivo de la vitamina C,acido ´ f´olico y fibra diet´etica que contiene cada porci´ on. Lo importante de la extracci´on del jugo de lim´on, es que d´ıa a d´ıa existen on de un jugo mejoras continuas al proceso de extracci´on de este, las cuales pretenden una extracci´ de gran calidad, fresco, concentrado que puede mantenerse por mucho tiempo para ser usado en el momento adecuado. [6] El lim´ on utilizado para elaborar el jugo es lo que en el pa´ ıs se conoce como Lim´on Mandarina (Citrus x limonia), pertenece al g´enero Citrus junto a otras variedades, surge de un h´ıbrido generado entre limonero y mandarina. Algunas de las caracter´ısticas principales del genero Citrus es que tiene distintas propiedades organol´epticas, tolerancia a tensiones bi´ oticas y abi´oticas lo cual permiten el fitomejoramiento ya que tiene acceso a una gran cantidad de recursos gen´ eticos para este fin [7]. Las variedades del g´ enero Citrus cuentan con aceites esenciales, donde para una mayor concentraci´on de estos, involucra un menor crecimiento de Botritis cinerea [8]. En lo que compete a los limones, especialmente el lim´ on mandarina, es que presenta muchos usos, utilizado principalmente en la cocina costarricense. Se puede agregar en ensaladas como un condimento extra, para bebidas y otras preparaciones. Lo que se consume del lim´ on mandarina y mayor´ıa de limones es el jugo del mismo; es por eso que las alternativas de consumo b´asicamente on en la que se puede conseguir el jugo es variable son las mismas. Sin embargo, la presentaci´ on y la cantidad dependiendo del fin que este destinado. Es importante considerar que la presentaci´ disponible por temporada puede influir en el precio. Es por eso, que se ha planteado la idea de colocar en el mercado una presentaci´ on de jugo de lim´on envasado. En el pa´ıs existen dos temporadas de mayor producci´on y demanda que va de diciembre a abril

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on de julio a octubre. Por lo tanto, es preferible procesar y una significativa pero de menor producci´ parte del producto obtenido en estos meses de mayor producci´on. De esta forma, en los meses con menor producci´on se puede tener una reserva de producto envasado, que se puede comercializar ıa de un proceso de refrigerado a sin afectar los negocios que lo necesiten. Para lo cual se necesitar´ baja temperatura, sin perder las propiedades de calidad. La materia prima debe cumplir con distintas caracter´ ısticas f´ısicas y organol´epticas luego del tiempo que este almacenado. Un aroma intenso a lim´ on sano, color homog´eneo e intenso, con las caracter´ısticas propias del jugo de lim´on, pueden presentar algunos cambios ligeros de color, sin embargo, no deben ser muy graves. El sabor debe ser caracter´ ıstico e intenso del lim´on y libre de cualquier sabor extra˜ no. La apariencia debe ser uniforme, libre de materiales extra˜ nos, con peque˜nos trozos de pulpa en el jugo. En las caracter´ısticas fisicoqu´ımicas se debe tener un porcentaje de s´olidos solubles entre 6 y 9,4◦ Brix, as´ı como un pH de 2.2-2.5 y una acidez expresada como porcentaje de a´ cido c´ıtrico de 4.50-6. Es importante agregar que este producto, es natural, no concentrado ni fermentado, no pasa por ning´un qu´ımico ni de agregado de preservantes, libre de grasa y colesterol, y su conteniendo es 100 % jugo. Este producto se puede dar en presentaciones de cualquier tamano,la ˜ m´as popular es la de 1000 g, por la comodidad para el cliente. Tiene una vida util ´ de hasta un a˜no en condiciones ıo. [9] de congelaci´on de -18 ◦ C, sin interrumpir la cadena de fr´ Para obtener jugo de lim´on hay que desarrollar ciertas etapas que son esenciales para obtener un producto de calidad. El proceso completo consta de aproximadamente nueve etapas: recepcion, ´ on y pasinspecci´on, lavado, calibrado, extracci´ on, clarificaci´ on, correcci´on y mezcla, desaireaci´ on del jugo. Se tiene teurizaci´on [10]. De estas etapas se puede decir que la principal es la extracci´ que garantizar que se extraiga la mayor cantidad de jugo de cada unidad, de manera tal que se puedan remover part´ıculas s´olidas que afecten el sabor final del producto [11]. Para el empaque, es necesario encontrar el equipo que mejor se adapte a las necesidades del as comucliente y productor, pero especialmente a las necesidades del producto. Lo empaques m´ nes est´an hechos de alg´un pol´ımero o de vidrio, sin embargo, considerando las bajas temperaturas, el vidrio ser´a considerado m´as adelante. Empaques como las latas o el tetrapack, van a ser mencionados, sin embargo, no pueden ser tomados en cuenta para el proyecto debido a su alto costo operativo y de maquinaria.

1.2. Justificaci´on El lim´ on a´ cido es un producto que se puede conseguir durante todo el a˜no en ferias del agricultor y supermercados. Adem´as, se puede cosechar y comercializar de manera inmediata a cada 2

no, uno de los compradores. Sin embargo, a pesar de ser un cultivo que se da la mayor parte del a˜ hay periodos donde se da una escasez de producto y otros donde se da un excedente a la capacidad normal que un productor esta acostumbrado. Por tanto, cuando se da una escasez es necesario buscar alternativas para mantener a los comas de pradores con el producto que requieren y no sufran consecuencias debido a la escasez. Adem´ on. Este proyecto tiene como objetivo realizar que el precio aumenta en el periodo de baja producci´ on un dise˜no de planta desde la obtenci´on de la materia prima hasta el almacenamiento y distribuci´ no. del jugo envasado que garantice la disponibilidad del producto continua durante el a˜

1.3. Objetivos 1.3.1.

Objetivo General

on mandarina refrigerado y envasado. Dise˜ nar una planta de procesamiento para jugo de lim´ 1.3.2.

Objetivos espec´ıficos

• Determinar las operaciones unitarias para el proceso de planta de procesamiento de jugo de lim´on Citrus x limonia envasado. on de envasado del producto final. • Seleccionar el material de empaque de acuerdo a la operaci´ • Realizar un dise˜ no de planta de flujo continuo desde la recepcion ´ de la materia prima (Citrus x limonia) hasta el transporte del producto final envasado.

3

2.

Generalidades de la Empresa

2.1. Ubicaci´on no de una planta encargada del procesamiento de En este trabajo de curso, se propone el dise˜ jugo de lim´on congelado o refrigerado para su posterior venta por encargo o con una base de datos de clientes generada mediante el uso de aplicaciones CRM que permitan capturar prospectos para entablar relaciones comerciales a largo plazo. La base de datos se divide en dos grandes corrientes. La primera es la experiencia con los clientes, sus preferencias y condiciones del servicio ofrecido. La segunda, es la generada al completar los formularios en un sitio web, en complemento con redes sociales, que permite localizar un segmento de mercado potencial para el desarrollo de una estrategia de ventas.El nombre de la Sociedad An´onima para inscribir la actividad en Hacienda a´ un no se define. Sin embargo, el nombre de la marca ser´ a Juicy Farm estar´a ubicada en la provincia de Cartago, al costado Noroeste de la Municipalidad de Cartago. Donde se tiene acceso a las carreteras (Figura 1);estar´a ubicada en un sector bastante c´entrico, por lo que el acceso es complicado, ya que hay que considerar que es una zona donde normalmente transitan muchos veh´ıculos y los camiones puede tener dificultades para movilizarse. Sin embargo se cuenta con el uso del Parqueo del club social de Cartago para Operaciones de carga y descarga de productos.

Figura 1. Ubicaci´ on de la planta de jugo de lim´on

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2.2. Transporte Para el transporte correspondiente, este debe hacerse por medio de camiones capaces de transportar carga refrigerada, estos deben ser capaces de mantener la temperatura adecuada de refrigeamara refrigeradora,por raci´on de 6 ◦ C, la cual corresponde a la temperatura de almacenado en la c´ un tiempo aproximado m´aximo de 1,5 a 2 horas. No es recomendable el uso de cargas mixtas en el transporte por razones energ´ eticas y tambi´en ıstiporque no se quiere contaminaci´on cruzada con otros productos que puedan alterar sus caracter´ on directa al sol y se debe cas organol´epticas. Tambi´en, es importante mantener lejos de la exposici´ nar el empaque de alguna manera. [9]. cuidar de golpes que puedan abrir el producto o da˜

3.

Resultados

3.1. Operaciones Unitarias del proceso El proceso acordado para realizar la extracci´ on del jugo de lim´on se muestra en la Figura 2. El proceso consta de nueve etapas principales que involucran desde la cosecha hasta el transporte final que se realiza cuando el producto ya se va a comercializar. Esta empresa apenas esta realizando on del jugo para determinar su viabilidad. Por lo tanto, no en todas las opepruebas para producci´ raciones involucradas se incluyen equipos tecnificados. Algunas de estas operaciones se tienen que on en estos realizar por el personal contratado, debido a que no es viable realizar una alta inversi´ equipos. En cada una de las descripciones de cada etapa se muestran los elementos necesarios para on se de con total normalidad. que la operaci´

on de jugo de Citrus x limonia Figura 2. Operaciones unitarias requeridas para la comercializaci´ envasado 5

• Cosecha: El producto va a ser adquirido de distintas fincas de la zona de Cartago, ubicadas en Oros´ı, Tucurrique, Pejibaye, Corralillo, Santiago, entre otras. En esta etapa se tiene que asegurar un estado de maduraci´on ideal, donde el producto cumpla tanto con los par´ametros f´ısicos, como aspecto y tama˜no de la fruta. Adem´as se debe obtener un peso promedio por fruta de 75 gramos, esto para manejar una uniformidad en el jugo. Adem´as se desea implementar un proceso de muestreo en campo para determinar nivel de az´ ucar y acidez. Estos par´ametros son importantes para determinar si se realiza la compra de la fruta. Luego de esto, el producto es transportado hasta la planta de procesamiento. → Cajas pl´asticas para transporte. → Cami´on de transporte. → Personal de carga. → Refractometro. → pHmetro. • Lavado: El producto al ingresar a la planta, inicialmente se hace un pesado 1 para mantener un control de los rendimientos a lo largo del proceso. El producto se pone en un recipiente de lavado con una aplicaci´on con cloro de 40-75 ppm. Luego el producto se va a movilizar en una banda transportadora de rodillos, con movimiento de rotaci´ on y traslaci´on que adem´as ◦ esta inclinada 30 para llevarlo a una altura de 140 a 150 cm sobre el nivel de suelo. En este proceso se ingresa a una banda de rodillos donde se aplica un lavado de agua por medio de aspersores para eliminar las part´ıculas de cloro y concluir con el lavado. → Desinfectantes. → Tanque de lavado. → Banda transportadora inclinada de rodillos 30◦ . → Banda transportada con cepillos para lavado. on, para • Selecci´on: Luego de realizado el lavado se tiene que realizar un proceso de selecci´ evitar que cada unidad presente alg´ un defecto o da˜no mec´anico que pueda afectar el proceso de extracci´on del jugo. Al salir de banda destinada para este trabajo el producto llega a una mesa donde se mantiene por unos minutos mientras el personal se encarga de alimentar el extractor. → Banda transportada de rodillos. → Mesa para tiempo de espera del producto antes de ser procesado. 6

→ Personal para seleccionar la fruta. • Extracci´on: Este es una de las etapas que se considera un cuello de botella ya que va a depender de la velocidad de trabajo que tenga el extractor de jugo seleccionado, sin embargo para este caso, la maquinaria seleccionada es capaz de trabajar 10 frutas/min, por lo que de las 8 horas que se planea trabajar diariamente, este extractor solo requiere funcionar por 2h para cumplir con la demanda diaria de 1200 frutas/d´ıa. Esta etapa dura aproximadamente 2h para producir la cantidad total diaria de producto. → Extractor de jugo. → Dep´osito o contenedor intermedio. → B´ascula para pesado del jugo. • Estandarizaci´on: Esta etapa no siempre es necesaria. Para establecer si es necesario reaucar y el pH para lizarla hay que medir los grados Brix para determinar el contenido de az´ ametros requeridos para la calidad ofrecida el nivel de acidez. De no cumplir con los par´ ametros mediante la incorpora(pH=2.41, Grados Brix=9.8) es necesario regular ambos par´ ci´on de az´ucar o de a´ cido asc´orbico para llegar al punto deseado de acidez. En caso de ser on de estos dos componetes se realiza antes de la requerido estabilizar el jugo, la incorporaci´ on. etapa de pasteurizaci´ → Refract´ometro. → pHmetro. on requiere de condiciones especiales. Una caldera • Pasteurizaci´on: El equipo de pasteurizaci´ que suministra vapor de agua caliente a 85◦ C que atraviesa las placas de un equipo capaz de mover 135 l/h. Cada litro se enfrentar´a a las condiciones dentro del intercambiador de calor durante 30 s. Esta etapa es necesaria para conservar la calidad del jugo que se debe omico de la comercializar y este proceso es de suma importancia dentro del esquema econ´ empresa. Si la pasteurizaci´on no se realiza de manera correcta, se corre el riesgo de perder todas las etapas posteriores hasta el posible riesgo por intoxicaci´on al consumidor. Teniendo en cuenta la velocidad con la que puede trabajar el equipo correspondiente a 135 l/h y sabiendo que se van a producir alrededor 54 l/d´ıa, se pueden pasteurizar toda la cantidad de jugo producido en alrededor de 0,4 h, lo que corresponde a 24 min aproximadamente. • Envasado: El envasado se realizar´ a mediante una modificaci´ on al equipo. Se a˜nadir´a una llave de paso para colectar dentro del envase que contendr´ a la mezcla lista para ser pasteurizada. Este, es un cilindro de pl´astico desinfectado peri´ odicamente donde se tomar´an las 7

medidas para la calidad del jugo. Puede llegar a ser un proceso lento debido a que se realiza manualmente, sin embargo suponiendo que se dura 1 min/l de jugo y se producen 54 l/d´ıa, se dura aproximadamente 1 hora en el llenado de todos los envases. Una vez el jugo ha sido on a 2◦ C a 6◦ C pasteurizado debe seguir dos posibles caminos. El primero es la refrigeraci´ para el mantenimiento del producto y su despacho m´as cercano. El segundo camino es la congelaci´on a - 18◦ C. Es importante mencionar que para los d´ıas donde se vaya a empezar la congelacion ´ del on al doble en producto de los meses con baja producci´on, se tiene que doblar la producci´ los dos meses anteriores a las fechas de baja producci´on y un mes antes para la etapa baja de noviembre. Esto se debe a que se tiene que cumplir la demanda del mes actual y la de los meses de baja producci´on.

Figura 3. Envases seleccionados para la refrigeraci´ on y congelaci´on del jugo de lim´on • Almacenamiento: Este sistema de almacenamiento se da por los picos de producci´on durante las temporadas de cosecha. Existen tres meses de escacez total de limones donde el precio puede alcanzar un incremento de hasta 330 %. Por lo que es necesario congelar durante los meses de baja cosecha. Seg´un lo investigado en el mercado de c´ıtricos, los valles de producci´on se dan entre los meses mayo y junio y posteriormente desde noviembre hasta la mitad de diciembre. Por tanto, se pretende conservar las ultimas ´ producciones de l...