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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
 
 
AUTOMATIZACIÓN DE UN PROTOTIPO TIPO 
EVAPORADOR PARA LA OBTENCIÓN DE 
CONCENTRADO DE JUGO DE NARANJA 
 
TESIS COLECTIVA 
 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN 
CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 
 
 
P R E S E N T A N: 
 
DARIO MARQUEZ LUIS ANGEL 
DE LA FUENTE XOCHITIOTZIN BERNARDO 
ENCARNACIÓN BARRERA OSCAR DAVID 
 
 
ASESORES: 
 
ING. SOTO RAMÍREZ HUMBERTO 
M. en E. HURTADO RANGEL RICARDO 
 
 
MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE DE 2015
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página I 
 
Resumen 
México cuenta con una gran cantidad de pequeñas y medianas empresas, cada una 
preocupada por crecer e incrementar sus ventas y presencia de mercado, invertir en el 
desarrollo de tecnología es un gran paso para estas empresas. 
En el sector alimentario como en otros se han desarrollado prototipos los cuales son el 
resultado de experiencias e investigaciones, como lo es el caso del prototipo para la 
obtención de concentrado de jugo de naranja tipo evaporador. 
Una gran desventaja de este prototipo funciona de manera manual, es decir existen 
operadores que trabajan al ritmo de la máquina, con lo cual se producen errores de 
percepción, un producto no homogéneo en cada producción de lotes y un considerado 
desgaste físico, de ahí surge la idea de saber que si el prototipo puede ser automatizado. 
La empresa que desarrollo el prototipo buscó automatizarlo en el departamento de 
Control y Automatización de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
Unidad Zacatenco, dando la oportunidad a un grupo de trabajo de desarrollar el 
proyecto. 
Inicialmente se realizó una investigación para conocer las variables y condiciones 
importantes del proceso, también se consultó con los operadores los pasos para la 
operación del prototipo. 
Posteriormente se propuso y desarrollo una estrategia de automatización que más se 
adecuara al proceso. Una vez definida la propuesta de solución se realizó la selección de 
equipo, dicha selección consideró: Electroválvulas, PLC, sensores de nivel, transmisores 
de presión y temperatura, estos elementos fueron seleccionados de acuerdo a las 
características que brindan y a las necesidades del prototipo. 
A la postre se desarrolló la instalación e integración de los equipos, a la par se desarrolló 
la lógica de funcionamiento del sistema, así como la programación requerida para 
realizar las operaciones necesarias adecuadamente. 
También se desarrolló una interfaz gráfica hombre maquina en el software empleado 
para prototipos LabVIEW, en la cual se puede controlar y monitorear las variables 
relevantes de proceso. 
Una vez integrados todos los equipos y terminada la implementación se realizó la 
primera corrida del sistema con parámetros establecidos anteriormente solo para 
corroborar la funcionalidad del sistema, como resultado se obtuvo que la lógica de 
funcionamiento era la adecuada. 
La automatización busca estandarizar los productos y obtener consistencia en ellos, para 
constatar que el producto que se obtuvo era el adecuado, se realizó una encuesta a 
catadores, quienes probaron el producto de cinco lotes, con lo que se verificó que los 
cinco lotes eran consistentes en sabor, acidez y color. Sin embargo también se propone 
el uso de un refractografo para tener un resultado analítico de la concentración en grados 
Brixs del jugo producido. 
Finalmente se obtuvo como resultado que la propuesta desarrollada tiene la capacidad de 
producir un jugo consistente, y ahora el operario del prototipo no realiza una actividad 
física sino más bien una actividad de supervisión o no repetitiva, al mismo tiempo que 
presenta flexibilidad para realizar un cambio o escalar el prototipo para producciones en 
mayor cantidad. 
 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página II 
 
Abstrac 
 
 
Mexico has a large number of small and medium enterprises, each concerned with 
growth and increase sales and market presence, investing in technology development is a 
big step for these companies. 
In the food sector and in other prototypes have been developed which are the result of 
experience and research, as is the case of the prototype to obtain concentrated orange 
juice type evaporator. 
A great disadvantage of this prototype works manually, and there are operators working 
pace of the machine, which misperception, an inhomogeneous product in each batch 
production and considered physical wear occurs, there arises the idea of knowing that if 
the prototype can be automated. 
The company that developed the prototype automate sought in the Departamento de 
Control y Automatización de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
Unidad Zacatenco, giving the opportunity for a working group to develop the project. 
Initially an investigation to determine the important variables and process conditions 
was performed, operators were consulted steps for the operation of the prototype. 
Subsequently proposed and developed a strategy automation more be aligned with the 
process. Once the proposed solution defined team selection was made, the selection 
considered: Solenoid, PLC, level sensors, pressure and temperature transmitters, these 
items were selected according to the characteristics and provide the needs of the 
prototype. 
Eventually the installation and integration of equipment, along the logic of the system 
was developed, as well as the programming required to perform the required operations 
properly developed. 
A machine man graphical interface software used for prototyping LabVIEW, which can 
control and monitor relevant process variables are also developed. 
Once all equipment and integrated implementation completed the first run of the system 
was performed with parameters set forth above just to confirm the functionality of the 
system, as a result it was found that the operating logic was flawed. 
Automation aims to standardize products and get consistency in them, to make sure the 
product obtained was right, a survey of tasters, who tested the product of five lots, 
thereby verifying that the five lots were consistent was performed flavor, acid and color. 
However, the use of a refractometer to have an analytical result of concentration in 
degrees Brixs juice produced is also proposed. 
Finally it resulted that the proposal has developed the ability to produce a consistent 
juice, and now the operator does not perform the prototype but rather physical activity 
monitoring activity or non-repeating, while having flexibility for a change or scale the 
prototype to production in larger quantities 
 
 
 
 
 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página III 
 
Índice General 
Resumen…………………………………………………………………………... I 
Abstrac…………………………………………………………………………….. II 
Índice general…………………………….….…………………………………..... III 
Índice de figuras………………………………………….………..……………… VI 
Índice de tablas…………………………………………………..………………... IX 
Planteamiento del problema…………………………………………..................... XI 
Hipótesis…………………………………………………………………………... XII 
Objetivo general…………………………………………………………............... XIII 
Objetivos particulares……………………………………………………………... XIV 
Justificación……………………………………………………………………….. XV 
Alcance…………………………………………………………………………..... XVI 
Metodología……………………………………..………………………………… XVII 
Introducción……………………………………………………………………….. XVIII 
 
CAPÍTULO I Marco Teórico ............................................................................................ 1 
1.1 Sistemas de producción de jugo de naranja .......................................................2 
1.1.1 Flujo del proceso productivo y escalas de producción ................................ 2 
1.1.2 Flujo del proceso de producción en una escala de pequeña empresa .......... 3 
1.2 Manejo del jugo de naranja en la industria ........................................................ 7 
1.2.1 Proceso de elaboración ................................................................................ 7 
1.2.2 Propiedades y nutrientes del Zumo de naranja ............................................ 7 
1.2.3 Métodos para elevar la concentración en el jugo de naranja ....................... 8 
1.2.4 Comportamiento del jugo de naranja ante condiciones de vacío ................. 9 
1.3 Líquidos Termolábiles ..................................................................................... 11 
1.3.1 Manejo de líquidos termolábiles en la industria ........................................ 11 
1.4 Evaporadores ................................................................................................... 11 
1.4.1 Clasificación de Evaporadores ................................................................... 11 
1.4.2 Evaporación a vacío ................................................................................... 16 
1.5 Concepto de Automatización ........................................................................... 16 
1.5.1 Tipos de Automatización ........................................................................... 17 
1.6 Niveles de Automatización .............................................................................. 17 
1.7 Control Automático ......................................................................................... 18 
1.7.1 Control por retroalimentación .................................................................... 18 
1.8 Controlador ...................................................................................................... 19 
1.8.1 PLC ............................................................................................................ 20 
1.8.2 Interfaz hombre máquina (HMI) ................................................................ 21 
1.9 Instrumentación ............................................................................................... 25 
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1.9.1 Elementos primarios de medición .............................................................. 25 
1.9.2 Elementos secundarios de medición .......................................................... 27 
1.9.3 Transmisores de Temperatura .................................................................... 27 
1.9.4 Transmisores de presión ............................................................................ 28 
1.10 Elementos finales de control ............................................................................ 28 
1.10.1 Motores Eléctricos ..................................................................................... 28 
1.10.2 Tipos de motores ........................................................................................ 29 
1.10.3 Motores de corriente continúa ................................................................... 29 
1.10.4 Motores de corriente alterna ...................................................................... 29 
1.10.5 Motores trifásicos ...................................................................................... 31 
1.10.6 Bombas de vacío ........................................................................................ 32 
1.10.7 Calentadores eléctricos .............................................................................. 34 
1.10.8 Válvulas de control .................................................................................... 34 
1.11 Presión como variable de proceso ................................................................... 36 
1.11.1 Presión absoluta ......................................................................................... 37 
1.11.2 Presión de vacío ......................................................................................... 37 
1.12 Temperatura como variable de proceso ........................................................... 37 
1.12.1 Termopares ................................................................................................ 38 
1.13 El nivel como variable de proceso ............................................................. 39 
1.14 Control mediante HMI Labview ................................................................ 39 
1.14.1 Comunicación OPC ................................................................................... 40 
CAPÍTULO II Proceso actual y problemática ..................................................... 43 
2.1 Proceso actual .................................................................................................. 44 
2.1.1 Los evaporadores en la producción de concentrado de jugo ..................... 44 
2.1.2 Etapas y componentes del prototipo. ......................................................... 45 
2.2 Condiciones actuales del producto ................................................................. 48 
2.2.1 Consistencia del producto final .................................................................. 48 
2.2.2 Aceptación en el mercado .......................................................................... 50 
2.3 Problemática del proceso actual ...................................................................... 51 
2.3.1 Análisis de la problemática por diagrama de Causa-Efecto ...................... 51 
2.3.2 Análisis atreves de la matriz FODA .......................................................... 52 
2.4 Solución propuesta ........................................................................................... 53 
2.4.1 Tipo de automatización a emplear ............................................................. 53 
2.4.2 Propuesta de automatización ..................................................................... 54 
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CAPÍTULO III Selección de equipo ............................................................................... 59 
3.1 Selección de equipo ......................................................................................... 60 
3.1.1 Selección de bomba ................................................................................... 60 
3.1.2 Selección de sensor de temperatura ........................................................... 61 
3.1.3 Selección de transmisor de presión ............................................................ 63 
3.1.4 Selección de electroválvulas ...................................................................... 64 
3.1.5 Selección de sensores de nivel ................................................................... 65 
3.1.6 Selección de PLC ....................................................................................... 66 
3.1.7 Selección de software para HMI ................................................................ 68 
CAPÍTULO IV Desarrollo de ingeniería ......................................................................... 69 
4.1 Representación tridimensional del prototipo ................................................... 70 
4.1.1 Diagrama de tubería e instrumentación ..................................................... 75 
4.1.2 Diagrama de estado tiempo ........................................................................ 79 
4.2 Integración ....................................................................................................... 80 
4.2.1 Construcción e instalación de sensores de nivel ........................................80 
4.2.2 Diagramas eléctricos de fuerza y control ................................................... 82 
4.2.3 Instalación de electroválvulas .................................................................... 87 
4.2.4 Construcción e instalación del tablero de control ...................................... 88 
4.2.5 Conexión de los motores eléctricos ........................................................... 90 
4.2.6 Sistema de resistencias calefactoras .......................................................... 91 
4.2.7 Instalación del termopar ............................................................................. 92 
4.2.8 Instalación del transmisor de presión ......................................................... 94 
4.2.9 Conexiones del PLC .................................................................................. 96 
4.3 Estrategias de control ....................................................................................... 98 
4.3.1 Control de Temperatura ............................................................................. 98 
4.3.2 Control de Presión ..................................................................................... 99 
4.3.3 Control de nivel ......................................................................................... 99 
4.4 Desarrollo de programación e interfaz grafica .............................................. 100 
4.4.1 Comunicación y Programación en RS Logix 500 ................................... 100 
4.4.2 Desarrollo de HMI en LabVIEW ............................................................. 111 
CAPÍTULO V Puesta en marcha y ajuste de sistema .................................................... 116 
5.1 Puesta en marcha del Sistema. ....................................................................... 117 
5.1.1 Pruebas de comunicación. ........................................................................ 117 
5.1.2 Pruebas de comunicación entre la HMI y el programa ............................ 118 
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5.1.3 Monitoreo de las variables de proceso sin insumo alimenticio. .............. 119 
5.1.4 Prueba de funcionamiento de la HMI. ..................................................... 120 
5.1.5 Prueba de funcionamiento del tablero de control. ................................... 121 
5.2 Pruebas y Resultados ..................................................................................... 121 
5.2.1 Obtención del Primer lote. ....................................................................... 121 
5.2.2 Medición cualitativa del producto obtenido. ........................................... 122 
5.3 Ajuste de parámetros de control .................................................................... 124 
5.3.1 Obtención de los cinco lotes para su análisis con los parámetros ajustados.
 125 
5.4 Costos de proyecto ......................................................................................... 127 
5.5 Tiempo de operación ..................................................................................... 128 
CAPÍTULO VI Conclusiones ........................................................................................ 130 
Conclusiones .............................................................................................................. 131 
Recomendaciones y trabajos a futuro ........................................................................ 132 
Referencias ..................................................................................................................... 133 
Glosario .......................................................................................................................... 135 
Anexos ........................................................................................................................... 137 
A.-Manual de Operación. ............................................................................................... 139 
B.-Manual de Mantenimiento ........................................................................................ 149 
 
Índice de figuras 
Figura 1. 1 Diagrama de flujo de proceso de producción de jugo de naranja .................. 3 
Figura 1. 2 Prensa de gusano ............................................................................................. 4 
Figura 1. 3 Separador centrífugo ....................................................................................... 5 
Figura 1. 4 Evaporador concentrador a vacío .................................................................... 9 
Figura 1. 5 Evaporador de tubos horizontales ................................................................. 12 
Figura 1. 6 Evaporador de alimentación directa .............................................................. 12 
Figura 1. 7 Evaporador de alimentación a contracorriente .............................................. 13 
Figura 1. 8 Evaporador de alimentación mixta ................................................................ 13 
Figura 1. 9 Evaporador de alimentación en parelelo ....................................................... 14 
Figura 1. 10 Evaporador de tubos verticales. ................................................................... 14 
Figura 1. 11 Evaporador de cesta ..................................................................................... 15 
Figura 1. 12 Clasificación de evaporadores ..................................................................... 15 
Figura 1. 13 Lazo Cerrado de Control ............................................................................. 19 
Figura 1. 14 PLC Micrologix 1000 .................................................................................. 20 
Figura 1. 15 PLC Nano TSX-NANO ............................................................................... 20 
Figura 1. 16 PLC Compacto MELSEC ........................................................................... 21 
Figura 1. 17 Estructura general del software HMI .......................................................... 22 
Figura 1. 18 Estructura general del software HMI .......................................................... 23 
Figura 1. 19 Estructura general del software HMI ......................................................... 25 
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Figura 1. 20 Medidor analógico de presión con diafragma ............................................. 26 
Figura 1. 21 Sensor magnético y símbolo........................................................................ 27 
Figura 1. 22 Transmisor de temperatura .......................................................................... 28 
Figura 1. 23 Motor eléctrico WEG .................................................................................. 29 
Figura 1. 24 Rotor jaula de ardilla ................................................................................... 30 
Figura 1. 25 Motor trifásico inducción tipo jaula de ardilla ............................................ 31 
Figura 1. 26 Conexión delta y conexión estrella ............................................................. 31 
Figura 1. 27 Bomba de vacío (funcionamiento) .............................................................. 32 
Figura 1. 28 Bomba de vacío de pistón oscilante ............................................................ 33 
Figura 1. 29 Válvula de Control Típica ........................................................................... 35 
Figura 1. 30 Diagrama de presiones ................................................................................ 36 
Figura 1. 31 Servidor OPC del software RSLinx ............................................................40 
Figura 1. 32 Estructura OPC Server ................................................................................ 42 
 
Figura 2. 1 Operación general de evaporadores .............................................................. 45 
Figura 2. 2 Llenado manual de evaporador ..................................................................... 45 
Figura 2. 3 Generación de vacío mediante interruptor manual ........................................ 46 
Figura 2. 4 Aumento de temperatura de la materia prima ............................................... 47 
Figura 2. 5 Extracción manual de concentrado ................................................................ 48 
Figura 2. 6 Encuesta consistencia entre degustaciones .................................................... 49 
Figura 2. 7 Encuesta variación entre degustaciones ........................................................ 49 
Figura 2. 8 Encuesta percepción de origen de degustaciones .......................................... 50 
Figura 2. 9 Encuesta percepción de la calidad del producto ............................................ 50 
Figura 2. 10 Encuesta adquisición del producto .............................................................. 51 
Figura 2. 11 Diagrama de causa y efecto de la problemática del evaporador ................. 52 
Figura 2. 122 Análisis de la problemática mediante matriz FODA ................................. 53 
Figura 2. 13 Propuesta de automatización de acuerdo a elementos y etapas ................... 57 
Figura 2. 14 Propuesta de automatización de acuerdo a su integración .......................... 58 
 
Figura 3. 1 Bomba A.M.P. QB-60 .................................................................................. 60 
Figura 3. 2 Termopar tipo K ............................................................................................ 62 
Figura 3. 3 Transmisor de presión Cerabar T PMC131 .................................................. 64 
Figura 3. 4 Electroválvula para proceso ......................................................................... 65 
Figura 3. 5 Diseño de sensor de nivel .............................................................................. 66 
Figura 3. 6 Sensor de nivel fabricado ............................................................................. 66 
Figura 3. 7 PLC seleccionado ......................................................................................... 67 
Figura 3. 8 LabVIEW ...................................................................................................... 68 
 
Figura 4. 1 Representación isométrica del prototipo ....................................................... 70 
Figura 4. 2 Ubicación de bomba ...................................................................................... 71 
Figura 4. 3 Ubicación de electroválvulas ......................................................................... 71 
Figura 4. 4 Ubicación de transmisor ................................................................................ 72 
Figura 4. 5 Ubicación de calentadores de resistencia ...................................................... 72 
Figura 4. 6 Ubicación de termopar .................................................................................. 73 
Figura 4. 7 Ubicación de sensores de nivel ..................................................................... 73 
Figura 4. 8 Ubicación de compresor ................................................................................ 74 
Figura 4. 9 Ubicación de Tablero de control ................................................................... 74 
file:///C:/Users/OSCAR/Desktop/Tesis19FEB.docx%23_Toc412455533
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Figura 4. 10 Banco de relevadores-contactores ............................................................... 75 
Figura 4. 11 Clemas de conexión ..................................................................................... 75 
Figura 4. 12 Diagrama de tubería e instrumentación ....................................................... 76 
Figura 4. 13 Diagrama estado – tiempo ........................................................................... 80 
Figura 4. 14 Conexión y funcionamiento de un interruptor magnético ........................... 81 
Figura 4. 15 Sistema de Flotador ..................................................................................... 81 
Figura 4. 16 Sistema de Flotador Instalación Física ........................................................ 82 
Figura 4. 17 Diagrama de fuerza 1 Sistema Europeo (Motores y resistencias) ............... 83 
Figura 4. 18 Diagrama de fuerza 2 Sistema Europeo (Electroválvulas) ......................... 84 
Figura 4. 19 Diagrama de lámparas piloto Sistema Europeo .......................................... 85 
Figura 4. 20 Clemas de alimentación ............................................................................... 85 
Figura 4. 21 Conexiones físicas de los relevadores ......................................................... 86 
Figura 4. 22 Conexiones de los relevadores .................................................................... 86 
Figura 4. 23 Clemas de control ........................................................................................ 86 
Figura 4. 24 Colocación de Electroválvula SD en la tubería ........................................... 87 
Figura 4. 25 Distribución de los elementos en el tablero de operación .......................... 88 
Figura 4. 26 Conexiones eléctricas del tablero de operación .......................................... 89 
Figura 4. 27a Fotografía del tablero de operación instalado y conectado [Vista Frontal]
 ......................................................................................................................................... 90 
Figura 4. 28 Caja de conexiones de motor trifásico ........................................................ 91 
Figura 4. 29 Caja de conexiones del compresor .............................................................. 91 
Figura 4. 30 Resistencias calefactoras ............................................................................. 92 
Figura 4. 31 Instalación del termopar .............................................................................. 92 
Figura 4. 32 Diagrama de AD595 .................................................................................... 93 
Figura 4. 33 Conexiones del AD595 ............................................................................... 93 
Figura 4. 34 Conexiones físicas del AD595 .................................................................... 94 
Figura 4. 35 Instalación del transmisor de presión absoluta ............................................ 94 
Figura 4. 36 Conexión del transmisor de presión absoluta .............................................. 95 
Figura 4. 37 Conexiones de los relevadores .................................................................... 97 
Figura 4. 38 Instalación y conexión del PLC ................................................................... 97 
Figura 4. 39 Diagrama de bloques del lazo de control de temperatura ........................... 98 
Figura 4. 40 Diagrama de bloques del lazo de control de presión ................................... 99 
Figura 4. 41 Diagrama de bloques del lazo de control de nivel ....................................... 99 
Figura 4. 42 Asignación de IP ....................................................................................... 100 
Figura 4. 43 RSlinx ventana de configuración de drivers .............................................. 101 
Figura 4. 44 Configuración de drivers ........................................................................... 102 
Figura 4. 45 Asignación de IP .......................................................................................102 
Figura 4. 46 Comunicaciones establecidas .................................................................... 103 
Figura 4. 47 Asignación de IP a PLC ............................................................................ 100 
Figura 4. 48 RsLogix 500, selección de PLC ................................................................ 104 
Figura 4. 49 Ambiente de trabajo para programación ................................................... 104 
Figura 4. 50 Diagrama GRAFCET ................................................................................ 105 
Figura 4. 51 Botones de selección de operación ........................................................... 106 
Figura 4. 52 Arranque de operación manual .................................................................. 106 
Figura 4. 53 Etapa de llenado ........................................................................................ 106 
Figura 4. 54 Programa para la etapa de evaporado ........................................................ 107 
Figura 4. 55 Etapa de vaciado ........................................................................................ 108 
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Figura 4. 56 Accionamiento automático ........................................................................ 108 
Figura 4. 57 Etapa de llenado automático ..................................................................... 108 
Figura 4. 58 Etapa de evaporación automática ............................................................. 109 
Figura 4. 59 Etapa de vaciado automático ..................................................................... 110 
Figura 4. 60 Salidas y Etapas ........................................................................................ 110 
Figura 4. 61 Bosquejo representativo. ........................................................................... 111 
Figura 4. 62 Archivo de control en LabVIEW .............................................................. 112 
Figura 4. 63 Archivo de control (ambiente de trabajo) .................................................. 112 
Figura 4. 64 Archivo de control (elementos a editar) .................................................... 113 
Figura 4. 65 Edición de componentes en LabVIEW ..................................................... 113 
Figura 4. 66 Edición de componentes ............................................................................ 114 
Figura 4. 67 Componente editado .................................................................................. 114 
Figura 4. 68 Interfaz Hombre Maquina propuesta ......................................................... 115 
 
Figura 5. 1 Continuidad de las conexiones. ................................................................... 117 
Figura 5. 2 Asignación de IP a la PC. ............................................................................ 117 
Figura 5. 3 Árbol de comunicación en RSLinx. ............................................................ 118 
Figura 5. 4 Selección del OPC. ...................................................................................... 118 
Figura 5. 5 Etiqueta en LabVIEW para algún elemento. ............................................... 118 
Figura 5. 6 Lectura del termopar. .................................................................................. 119 
Figura 5. 7 Señales analógicas en RSLogix 500. ........................................................... 119 
Figura 5. 8 Variables en la HMI. ................................................................................... 120 
Figura 5. 9 Etapa de llenado. ......................................................................................... 120 
Figura 5. 10 Tablero de control ..................................................................................... 121 
Figura 5. 11 Parámetros establecidos en la HMI. .......................................................... 122 
Figura 5. 12 Funcionamiento del prototipo. .................................................................. 122 
Figura 5. 13 Cualidades del producto anterior. .............................................................. 123 
Figura 5. 14 Cualidades del producto del primer lote. ................................................... 124 
Figura 5. 15 HMI con ajuste de variables. ..................................................................... 124 
Figura 5. 16 Prototipo y jugo. ........................................................................................ 125 
Figura 5. 17 Cualidades del producto de los 5 lotes. ..................................................... 126 
Figura 5. 18 Comparación graficas de las figuras 5.14 y 5.17. ..................................... 126 
 
Índice de tablas 
 
Tabla 1. 1 Escalas de Producción ...................................................................................... 2 
Tabla 1. 2 Información nutricional del zumo de naranja ................................................... 8 
Tabla 1. 3 Pérdidas de ácido ascórbico en vegetales cocidos por diferentes métodos .... 10 
Tabla 1. 4 Dispositivos Industriales de medición de temperatura. .................................. 26 
 
Tabla 2. 1 Evaporadores y sus sustancias de trabajo ....................................................... 44 
Tabla 2. 2 Ventajas y desventajas de tipos de automatización ........................................ 54 
 
Tabla 3. 1 Selección de bomba centrifuga ....................................................................... 60 
Tabla 3. 2 Tipos de termopar y sus características……………………………………61 
Tabla 3. 3 Comparación entre transmisores de presión ................................................... 63 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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Tabla 3. 4 Comparación entre electroválvulas ................................................................ 64 
Tabla 3. 5 Comparación entre sensores de nivel ............................................................. 65 
Tabla 3. 6 Comparación de PLC ...................................................................................... 67 
 
Tabla 4. 1 Descripciones de etiquetas y elementos del sistema ....................................... 77 
Tabla 4. 2 Lista de entradas ............................................................................................. 96 
Tabla 4. 3 Lista de salida ................................................................................................. 96 
 
Tabla 5. 1 Estudio del producto ..................................................................................... 123 
Tabla 5. 2 Estudio del producto del primer lote ............................................................ 123 
Tabla 5. 3 Estudio del producto obtenido en los 5 lotes ................................................ 125 
Tabla 5. 4 Costos de equipos seleccionados .................................................................. 127 
Tabla 5. 5 Costos de mano de obra ................................................................................ 127 
Tabla 5. 6 Costos secundarios ........................................................................................ 128 
Tabla 5. 7 Tiempos de operación ................................................................................... 129 
 
Tabla A. 1 Unidades de presión y sus factores de conversión ....................................... 137 
 
Figura A. 1 Simbología GRAFCET .............................................................................. 137 
Figura A. 2 Simbología empleada ISA .......................................................................... 138 
Figura A. 3 Simbología Eléctrica Empleada del Sistema Europeo ...............................138 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Planteamiento del problema 
 
 
México a nivel mundial es uno de los grandes productores de jugo de naranja ya que en 
el país se cosecha esta fruta en grandes cantidades, por lo cual en los últimos años su 
producción se ha incrementado a más del doble, esto se puede constatar ya que en el año 
2009 la exportación de este producto alcanzó la cantidad de 86.1 millones de litros 
mientras que en el mismo año la importación logró alcanzar los 3.8 millones de litros. 
 
A diferencia de las importaciones, la mayor parte del jugo de naranja que nuestro país 
exporta es la presentación congelada, en el año 2009 el congelado represento el 85.9% 
de las exportaciones totales, por lo cual en el mismo año Estados Unidos adquirió el 
71.7% de la exportaciones nacionales. La exportación de dicho producto ha tomado gran 
interés en los productores nacionales, los cuales han comenzado a producir concentrado 
de jugo de naranja el cual puede ser embazado, congelado, empaquetado etc. Con lo cual 
se mantiene las propiedades del jugo y se facilita su transporte, dando como resultado la 
incorporación en nuevos mercados, tomando en cuenta que en la actualidad la sociedad 
mexicana ha comenzado a migrar de consumir jugo de naranja en fresco a la adquisición 
de jugos embotellados debido a la practicidad e higiene. La frase popular que dice "no 
hay como un jugo hecho en casa" empieza a perder vigencia en los consumidores 
mexicanos con la amplia variedad de jugos envasados y concentrados que se venden en 
supermercados, tiendas y quioscos. 
 
La mayoría de los productores nacionales son pequeñas o medianas empresas las cuales 
tienen la intención de expandir su mercado a través de la producción de concentrado de 
jugo de naranja, debido a que este tipo de producto ha comenzado a tener gran 
aceptación en el extranjero como en la sociedad mexicana, pero al no contar con los 
recursos económicos necesarios, dichas empresas han comenzado a diseñar y producir 
su propia tecnología para la obtención de este producto, ya que dicha tecnología opera 
de forma manual dando como resultado una producción no consistente en tiempos de 
fabricación y en un producto sin ningún estándar de calidad. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Hipótesis 
 
Con la implementación de la automatización en el prototipo evaporador concentrador a 
vacío, es posible que tanto el proceso de manufactura, como la calidad del producto sean 
beneficiados, pudiendo reducir tiempos de producción, aumentando la cantidad de 
producción y en dado caso poder obtener un producto homogéneo, es posible que la 
intervención humana se vea drásticamente reducida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Objetivo general 
 
Automatizar un prototipo evaporador de vacío, para la obtención de concentrado de jugo 
de naranja, proponiendo la integración de las estrategias y elementos necesarios para la 
manipulación de temperatura, flujo y presión, así como el desarrollo de un HMI para la 
gestión y elaboración de un producto homogéneo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Objetivos particulares 
 
 
1. Seleccionar los elementos necesarios para la automatización y control de las 
variables de proceso, de acuerdo a los parámetros de operación. 
2. Implementar la estrategia de automatización que más se adecue al proceso. 
3. Manipular y monitorear el proceso a través de una HMI. 
4. Eficientar los tiempos de fabricación del producto. 
5. Minimizar la participación o intervención humana en el proceso de 
elaboración del concentrado. 
6. Estandarizar la consistencia del producto en todos los lotes de producción con 
parámetros semejantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Justificación 
 
Debido a la gran competencia del mercado en producción de concentrados de jugos las 
empresas han optado por diseñar sus tecnologías de obtención del producto; para 
aumentar la producción, disminuir los costos y así poder verse beneficiadas en el ámbito 
económico, ya que mediante estudios pertinentes realizados por las mismas empresas 
han comprobado que la construcción de estos equipos es mucho más barato que la 
adquisición de uno comercial debido a la innovación que estos presentan en el ámbito 
mencionado. 
 
Entonces es necesario ofrecer un producto de calidad para incursionar en el mercado, 
para ello se pretende automatizar este proceso existente con el fin de que sea más 
sencillo para el hombre, ya que actualmente es operado de forma manual y el producto 
final presenta desvíos en sus características. Además que los costos para la 
implementación serán severamente inferiores a los necesarios para adquirir un producto 
del mercado con funciones y características semejantes. 
 
Esto impactara directamente en la manufactura y los ingresos económicos, ya que la 
producción aumentara utilizando menos recursos humanos lo cual beneficiara a los 
trabajadores no exponiéndolos al peligro tomando en cuenta que al mismo tiempo se 
proporcionara al consumidor un producto de buena calidad para satisfacer su necesidad. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Alcance 
 
En el presente trabajo se pretende mejorar la forma de operar de un prototipo evaporador 
concentrador a vacío utilizado por una fábrica para la obtención de concentrado de jugo 
de naranja, identificando los recursos tecnológicos necesarios para la implementación. 
De igual forma se identificaran los aumentos en la producción y calidad del producto al 
concluir el trabajo. 
 
Para el desarrollo de esta propuesta de implementación existe un prototipo diseñado por 
una empresa, en el cual se tendrán que identificar los elementos y estrategias para que su 
operación sea de forma autónoma, es decir hacerlo más sencillo para el hombre además 
de realizar un producto homogéneo. 
 
Este trabajo pretende generar cambios notorios en dos importantes ámbitos, el primero 
en la manufactura y el segundo en la calidad del producto. La manufactura se verá 
afectada de forma positiva en lo posible reflejando las ventajas de integrar las 
herramientas seleccionadas mediante una comparativa (antes-después) de tiempos de 
producción, cantidad producida, etc. y la calidad del producto mejorara con respecto a 
la que hoy día se tiene ya que se han registrado desvíos en las características del 
producto final es decir no presenta homogeneidad en su fabricación. 
 
Cabe mencionar que el trabajo solo se enfocara en el prototipo propuesto y si en un 
futuro se quisiera llevar a un plano más complejo y de mayor envergadura se tendría que 
hacer los estudios pertinentes para ver su viabilidad en esos términos.Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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Metodología 
 
El propósito del trabajo de tesis es llegar a la formulación técnica y al desarrollo de una 
nueva forma de operar de un prototipo utilizado para la obtención de concentrado de 
jugo tipo evaporador. 
Considerando las características de operación anteriores en este proceso los métodos 
empíricos, estadísticos y teóricos desempeñan un papel importante en la investigación de 
la solución. 
 
Los métodos empíricos permitieron la obtención de datos de los hechos fundamentales 
que caracterizan al proceso esto mediante la observación, medición y experimentación, 
llevado a cabo por el personal encargado del proceso. Además para el análisis la 
metodología más apropiada y conducente consiste en la aplicación de una estrategia de 
estudio de carácter cualitativo, basada en la realización de encuestas y test a los 
consumidores del producto. Los resultados nos auxiliaran a sustentar la propuesta en 
datos concretos que provendrán de las respuestas obtenidas; mismas que a su vez nos 
permitirán analizar variables indispensables para identificar las percepciones, 
inquietudes y preferencias de los consumidores sobre el producto. 
 
Finalmente el análisis de los datos que surjan a partir de la aplicación del estudio y las 
conclusiones que resulten de este proceso establecerán el fundamento a partir del cual 
podremos tener la certeza de que si se llegara a materializar la realización y producción 
que estamos planteando, para la solución del problema, sería un respuesta exitoso puesto 
que respondería a las expectativas y los gustos de su audiencia objetiva. 
 
Es decir se identificaría el principal problema a solucionar, el cual sería el que tenga 
mayor repercusión ya que si se soluciona este estaremos encontrando la respuesta a gran 
parte de la inquietud, esto mediante algunos métodos teóricos que nos permitirán la 
construcción y desarrollo de la teoría científica, en el enfoque general para abordar los 
problemas de la ciencia. En los métodos teóricos, el análisis nos permitió descomponer 
en diversas partes el proceso para así poderlo abordar desde diferentes aspectos para 
después realizar la síntesis, es decir la unión entre partes, para así dar origen a una 
hipótesis mediante la deducción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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Introducción 
 
La presente tesis es un trabajo que tiene por objetivo automatizar un prototipo para 
producción de concentrado de jugo tipo evaporador, el cual ha sido operado de forma 
manual durante algunos años. La preocupación por mejorar la producción en cuestiones 
de calidad y tiempo de la misma, nos obliga a reflexionar acerca de la enseñanza del área 
Físico – Matemático para hacer uso estas en la realización del trabajo. 
Los datos se obtuvieron de: el prototipo y de los conocimientos empíricos de los 
operadores. Desafortunadamente, las investigaciones que existen al respecto son poco 
difundidas y no permean la práctica. Por ello este trabajo trata de proponer una nueva 
forma de producción, bajo una línea mejorada, donde el producto final y el proceso de 
producción se optimicen de forma positiva con respecto a las características que se 
tenían en este proceso antes de la elaboración de este trabajo. 
En el nuevo contexto de producción, la automatización ha pasado a formar una materia 
prioritaria para dicho sector debido a las demandas de los diferentes productos, esto 
relacionado con el aumento de calidad y productividad al hacer uso de esta materia en 
los últimos años. 
Por ello, los objetivos que se persiguen con este trabajo son: 
 Mejorar la forma de producción. 
 Aumentar la calidad del producto. 
 Obtener un proceso seguro. 
Este trabajo presenta los siguientes capítulos: 
En el capítulo I se abordan los aspectos teóricos relacionados a las bases de la 
automatización, es decir desde lo elementos primarios hasta la HMI; así como los 
sistemas de producción de jugo de naranja, tipos de evaporadores y las variables 
involucradas en el proceso. 
En el capítulo II se abordan los aspectos del proceso actual, es decir la descripción del 
mismo así como la problemática que presenta. 
En el capítulo III se presenta la selección de equipo a usarse debido a los parámetros que 
presentan el proceso, es decir desde los elementos primarios hasta los software a ser 
empleados en su automatización del proceso. 
En el capítulo IV se aborda el desarrollo de ingeniería básica y de detalle, mostrando el 
diagrama de tubería e instrumentación del proceso, así como la metodología empleada 
para la elaboración de la programación y de la HMI. Asimismo la instalación de todos 
los dispositivos a emplear con sus respectivas estrategias de control. 
En el capítulo V que es el penúltimo de esta tesis se puede ver los resultados obtenidos 
del trabajo mediante la puesta en marcha del prototipo, ya con la automatización 
implementada en el mismo y los ajustes de los parámetros definidos, así mismo la 
evaluación de los productos obtenidos mediantes sus características cualitativas. 
En el capítulo VI finalmente se dan las conclusiones del trabajo así como algunas 
recomendaciones aplicables a este trabajo en un futuro. 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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CAPÍTULO I 
Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
En el presente capitulo se abordan conceptos relacionados con la producción de 
concentrado de jugo de naranja así como de los elementos necesarios para desarrollar 
una propuesta de automatización para el sistema artesanal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página 2 
 
1.1 Sistemas de producción de jugo de naranja 
La producción de concentrado de pulpa es un proceso empleado por empresas líderes de 
mercado como Grupo Jumex, Grupo Herdez, Jugos Del Vale, TetraPack entre otros 
cuentan con un sistema de producción de gran capacidad, podemos encontrar cantidad 
de procesos como numero de fabricantes existen, sin embargo cada empresa sigue una 
línea para la producción del concentrado. 
La Secretaria de Economía a través del Instituto Nacional del Emprendedor pública en 
su portal Guías Empresariales procesos de producción que están estandarizados para 
pequeñas y medianas empresas, a continuación se menciona el flujo proceso tomado del 
portal para la producción de jugo de naranja. 
 
1.1.1 Flujo del proceso productivo y escalas de producción 
 
La elaboración de jugos es similar para las diferentes variedades de frutas y verduras ya 
que los procesos productivos tienen las mismas características comunes. 
Así mismo se pueden obtener subproductos de las cáscaras, pulpas, huesos, como son: 
aceites, forrajes y esencias [1]. 
Las escalas posibles de producción que se pueden se muestran en la tabla 1.1. 
 
Tabla 1. 1 Escalas de Producción 
 
 Escala (rango de producción) 
Microempresa/artesanal De 20 a 500 Litros / Día 
Pequeña empresa De 500 a 3,000 Litros / Día 
Mediana empresa De 3,000 a 10,000 Litros / Día 
Gran empresa Más de 10,000 Litros / Día 
 
En cuanto al grado de actualización tecnológica se destaca lo siguiente: 
 
 Microempresa/artesanal: 
Se puede considerar a un puesto de jugos ubicado en la calle como una Microempresa, 
aunque su volumen de producción es muy reducido y sin tecnología. 
 
 Pequeña empresa: 
En este tipo de industrias y con la tecnología modernase aprovecha casi la totalidad de 
la naranja obteniéndose subproductos derivados de huesos, cáscaras y pulpa, los cuales 
tienen usos como los siguientes [1]: 
- El bagazo y la pulpa seca se utiliza como alimento para ganado. 
- La pectina es un producto valioso en la industria alimenticia principalmente para 
preparar jaleas. 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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- Aceite, se utiliza en la industria de aromas y sabores mediante un proceso de 
refinación para producir aceite esencial; se utiliza en la industria perfumera y en 
menor escala en la medicinal. 
1.1.2 Flujo del proceso de producción en una escala de pequeña 
empresa 
El proceso desde la recepción y almacenamiento de materia prima, incluyendo la 
inspección de contenidos y el control de calidad, hasta llegar por el transporte al 
almacenaje y almacenaje del producto terminado, se muestra en el diagrama de flujo de 
la figura 1.1. 
 
Figura 1. 1 Diagrama de flujo de proceso de producción de jugo de naranja 
1.- Recepcion y 
almacenamiento de 
materia prima
2.- Inspeccion y 
transporte al area de 
lavado
3.- Lavado
4.- Cepillado
5.- Transporte 
al área de 
extracción
6.- Extracción7.- Refinado
8.-
Clasificación
9.- Inspección 
de contenidos
10.-
Corrección
11.-
Transporte al 
sistema de 
Desaireación
12.-
Desaireación
13.- Envasado
14.-
Transporte al 
area de 
esterilización
15.-
Esterilización
16.-
Transporte al 
area de 
enfriamiento
17.-
Enfriamiento
18.- Transporte al area 
de etiquetado y 
empaque
19.Etiquetado 
y empaque
20.-Transporte al 
almacen de producto 
terminado
21.- Almacenaje de 
producto 
terminado
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1. Recepción y almacenamiento de materia prima.- Por lo general la naranja es 
transportada a granel (su consistencia lo permite). Hay que evitar golpear las 
naranjas ya que fácilmente se estropearían por la zona del golpe si estuviesen 
almacenadas algunos días. El almacenamiento de la naranja deber hacerse en un 
lugar fresco de humedad media, de forma que no gravite mucho peso sobre el fruto. 
 
2. Inspección y transporte al área de lavado.- Transporte de la naranja al área de 
lavado mediante una banda transportadora. Durante el recorrido de la fruta por la 
banda transportadora se realiza una inspección visual, desechando las naranjas que 
no llenan los requisitos para su industrialización (que estén sobre maduras, 
golpeadas o que tengan algún otro defecto). 
 
3. Lavado.- La banda lleva a la naranja a la primera operación de lavado, a un 
tanque con agua que está recibiendo chorros de agua a presión desde diferentes 
ángulos. Este lavado es importante para eliminar agentes extraños y otros de 
microorganismos. 
 
4. Cepillado.- Un transportador pasa la fruta a la segunda sección de lavado, donde 
se pasa sobre un tren de cepillos con regadera de agua sobre ellos, con el objeto de 
terminar la limpieza de la superficie de la fruta. 
 
5. Transporte al área de extracción.- Transporte de la naranja al área de exprimido 
mediante un transportador helicoidal. 
 
6. Extracción.- La naranja es llevada a unos extractores (figura 1.2) o prensas de 
gusano helicoidal en forma de conos de bronce con paredes perforadas por donde 
escurre el jugo. Al ir disminuyendo el volumen de cono, la fruta va siendo 
comprimida, aplastándola completamente para obligar a romper las celdillas que 
contienen el jugo de la naranja, la cáscara, hueso y la pulpa salen por el diámetro 
reducido del cono, pasando a un extractor el cual separa el aceite contenido en ellas. 
 
Figura 1. 2 Prensa de gusano 
Foto tomada del Instituto Nacional del Emprendedor, Secretaria de Economía [1] 
 
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El aceite es de los subproductos más importantes por lo que debe separarse de las 
partículas sólidas, que contaminan dicho producto, para esto se utiliza una máquina 
separadora centrífuga. 
Los aceites esenciales, la pulpa y las cáscaras se utilizan para fabricar esencias, 
mermeladas y alimento para ganado. 
 
Figura 1. 3 Separador centrífugo 
Foto tomada del Instituto Nacional del Emprendedor, Secretaria de Economía [1] 
 
 
7. Refinado.- El jugo obtenido en el extractor se bombea hacia un refinador donde 
se separa el bagacillo y la semilla que pudo haber arrastrado el jugo. La refinación se 
puede realizar con una máquina tamizadora. 
 
8. Clasificación.- El jugo refinado es impulsado por una bomba hacia un clasificador 
con el fin de retirar sedimentos finos que no pudieran haber sido separados con 
anterioridad, los cuales ocasionarían incrustaciones en el equipo posterior. 
 
9. Inspección de contenidos y control de calidad.- En esta actividad se verifican 
los contenidos de azúcar y ácidos del jugo. 
 
10. Ajuste o corrección.- El jugo clasificado es impulsado por medio de una bomba 
al interior de unos tanques de corrección que se utilizan para regular las variaciones 
de azúcar y ácidos contenidas en el jugo así como para mezclar los conservadores 
requeridos, siendo los más usuales entre otros benzoato de sodio, sulfito y bisulfito 
de sodio, así como anhídrido sulfuroso. 
 
11. Transporte al sistema de desaireación.- Se transporta por medio de una bomba 
y a través de un enfriador. 
 
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12. Enfriador y desaireación.- El objeto de que el jugo pase a través de un 
enfriador es para alimentar dicho jugo al sistema desaireador a una temperatura 
adecuada. 
 
Debido a que todos los jugos extraídos contienen considerables cantidades de aire (el 
oxígeno del cual reacciona particularmente con el ácido ascórbico del jugo) lo que 
resulta en una pérdida de vitamina C y en cambios indeseables en el sabor y color. 
 
La desaireación significa la extracción más efectiva del aire y demás gases 
contenidos en los jugos. Esta es una operación muy importante cuando los jugos 
deben someterse a tratamientos térmicos como la pasteurización, ya que la 
combinación de aire y calor constituye la condición más adecuada y favorable para 
la oxidación de los jugos. El mejor método de desaireación es la llevada al vacío, es 
decir el jugo es admitido en forma de una película dentro de una cámara en la que 
reina un alto vacío. El jugo frío entra en el desaireador mediante el vacío en la 
cámara creado y mantenido por una bomba de alto vacío. 
 
13. Envase.- Inmediatamente después del proceso de deareación el producto es 
envasado automáticamente mediante una máquina envasadora conectada al 
deareador. Posteriormente se cierra el envase. 
 
14. Transporte al área de pasteurización.- Transporte del producto al proceso de 
pasteurización. 
 
15. Pasteurización.- La pasteurización se realiza por medio de un autoclave donde 
es introducido el producto. La pasteurización se realiza a altas temperaturas en corto 
tiempo, estas temperaturas inactivan las enzimas y retienen su acción aún en los 
tiempos más cortos de residencia. 
 
16. Transporte al área de enfriamiento.- El producto se transporta al área de 
enfriado por medio de una banda transportadora. 
 
17. Enfriado.- El producto es llevado al área de enfriado para que éste baje su 
temperatura a temperatura ambiente para facilitar su manejo y empaque final. El 
enfriado se realiza rociándole agua al producto o sumergiéndolo en ella. 
 
18. Transporte al área de etiquetado y empaquetado.- El producto se transporta 
por medio de un montacargas, al área de etiquetadoy empaquetado. 
 
19. Etiquetado y empaquetado.- En esta área el producto es etiquetado (por medio 
de una etiquetadora) y empacado en cajas de cartón. 
 
20. Transporte al almacén o producto terminado.- El producto final se transporta 
por medio de diablos o montacargas al almacén de producto terminado. 
 
21. Almacenaje del producto terminado.- En este punto el producto terminado es 
almacenado quedando listo para su distribución. 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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1.2 Manejo del jugo de naranja en la industria 
 
LA NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-120-SSA1-1994, BIENES Y SERVICIOS. 
PRÁCTICAS DE HIGIENE Y SANIDAD PARA EL PROCESO DE ALIMENTOS, 
BEBIDAS NO ALCOHÓLICAS Y ALCOHÓLICAS. Se habla sobre las 
especificaciones y las medidas a tomar para con los productos alimenticios, en la sección 
10.2 se tiene: 
1.2.1 Proceso de elaboración 
 
En la elaboración de productos se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones 
[2]: 
 Seguir los procedimientos dados en los manuales de proceso como son: orden de 
adición de componentes, tiempos de mezclado, agitación y otros parámetros de 
proceso y registrar su realización en bitácoras. 
 Las áreas de fabricación deben estar limpias y libres de materiales extraños al 
proceso. 
 Durante la fabricación de productos, se debe cuidar que la limpieza realizada no 
genere polvo ni salpicaduras de agua que puedan contaminar los productos. 
 Todas las materias primas o productos en proceso, que se encuentren en 
tambores y cuñetes deben estar tapados y las bolsas mantenerse cerradas, para 
evitar su posible contaminación por el ambiente. 
 Se debe evitar la contaminación con materiales extraños (polvo, agua, grasas, 
etc.), que vengan adheridos a los empaques de los insumos que entran a las áreas 
de producción. 
 Todos los insumos, en cualquier operación del proceso, deben estar 
identificados. 
 No deben depositarse ropa ni objetos personales en las áreas de producción. 
 En el proceso se debe asegurar que los equipos que tienen partes lubricadas no 
contaminen el producto en las diferentes etapas de elaboración. 
 Todas las operaciones del proceso de producción, incluso el envasado, se deben 
realizar en condiciones sanitarias que eliminen toda posibilidad de 
contaminación. 
 Los métodos de conservación deben ser adecuados al tipo de producto y materia 
prima que manejen; los controles necesarios deben ser tales, que protejan contra 
la contaminación o la aparición de un riesgo para la salud pública. 
 Registros de elaboración o producción. De cada lote debe llevarse un registro 
continuo, legible y con la fecha de los detalles pertinentes de elaboración. Estos 
registros deben conservarse por lo menos durante el tiempo que se indique como 
vida de anaquel. 
1.2.2 Propiedades y nutrientes del Zumo de naranja 
 
El zumo de naranja fresco tiene un sabor frutal y ácido. Contiene gran cantidad 
de vitamina C (ácido ascórbico). Algunas fábricas añaden ácido cítrico o ácido 
ascórbico a sus productos, además de otros nutrientes como el calcio y la vitamina D. El 
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zumo de naranja parece más nutritivo que las versiones sin pulpa debido a la existencia 
de flavonoides que existen en la pulpa [3]. 
 
Este alimento, pertenece al grupo de los zumos naturales de frutas. 
A continuación se muestra información sobre las características nutricionales, 
propiedades y beneficios que aporta el zumo de naranja al organismo, así como la 
cantidad de cada uno de sus principales nutrientes. Se asocia el zumo de naranja con la 
buena salud, debido a que el zumo de la naranja tiene fama de ser un alimento 
imprescindible que debe incluir un desayuno saludable. 
 
Nutrientes del zumo de naranja 
El zumo de naranja se encuentra entre los alimentos bajos en sodio ya que 100 g. de este 
alimento contienen tan solo 1 mg. 
Entre las propiedades nutricionales del zumo de naranja cabe destacar que tiene los 
siguientes nutrientes: 0,15 mg. de hierro, 0,69 g. de proteínas, 10,78 mg. de calcio, 0,70 
g. de fibra, 143 mg. de potasio, 1 mg. de yodo, 0,11 mg. de zinc, 9,40 g. de 
carbohidratos, 10,89 mg. de magnesio, 2,58 ug. de vitamina A, 0,07 mg. de vitamina B1, 
0,02 mg. de vitamina B2, 0,27 mg. de vitamina B3, 0,23 ug. de vitamina B5, 0,05 mg. de 
vitamina B6, 1 ug. de vitamina B7, 18,63 ug. de vitamina B9, 0 ug. de vitamina B12, 39 
mg. de vitamina C, 0 ug. de vitamina D, 0,25 mg. de vitamina E, 0,10 ug. de vitamina K, 
15 mg. de fósforo, 43,56 kcal. de calorías, 0 mg. de colesterol, 0,20 g. de grasa, 9,40 g. 
de azúcar y 0 mg. de purinas [4]. 
Debido a que tiene un bajo nivel de sodio, el tomar el zumo de naranja es beneficioso 
para quienes padecen hipertensión o tienen exceso de colesterol. 
 
Tabla 1. 2 Información nutricional del zumo de naranja 
Nutrientes Cantidad 
Calorías 43,56 kcal. 
Grasa 0,20 g. 
Colesterol 0 mg. 
Sodio 1 mg. 
Carbohidratos 9,40 g. 
Fibra 0,70 g. 
Azúcares 9,40 g. 
Proteínas 0,69 g. 
Vitamina A 2,58 ug. Vitamina C 39 mg. 
Vitamina B12 0 ug. Calcio 10,78 mg. 
Hierro 0,15 mg. Vitamina B3 0,27 mg. 
La cantidad de los nutrientes que se muestra en la tabla 1.2, corresponde a 100 gramos 
de este zumo [4]. 
1.2.3 Métodos para elevar la concentración en el jugo de naranja 
 
Par a la concentración de jugo de naranja existen procesos como número de proveedores 
o empresas dedicadas a la producción de concentrado existan, sin embargo se encontró 
una empresa dedicada a la manufactura de maquinaria para procesos generales como lo 
es la concentración de líquidos. 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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En Maquinaria JERSA se desarrollan soluciones de Maquinaria para la Industria de 
Alimentos, Farmacéutica, Química, Home, Cuidado Personal entre Otras, desde equipos 
hechos a la medida hasta líneas completas de proceso [14]. 
 
Maquinaria JERSA dentro de sus productos ofrece un Evaporador a Vacío Modelo 
CVF-30 (Figura 1.4), el cual concentra productos líquidos o semilíquidos tales como 
pulpa de fruta, néctares, mermeladas, jarabes, salsas y hasta leche, por medio de una 
marmita enchaquetada de calentamiento a vapor, y columna de condensación con bomba 
a vacío. 
 
 
Figura 1. 4 Evaporador concentrador a vacío 
Imagen tomada de la página oficial Maquinaria JERSA [14] 
 
 
Esto queda como precedente ya que en la industria existe un equipo capaz de realizar 
una función similar a las del prototipo a automatizar en este trabajo. 
 
1.2.4 Comportamiento del jugo de naranja ante condiciones de vacío 
 
Uno de los componentes principales del zumo de naranja como se aclaró en el punto 
1.2.2 es la vitamina C, la cual es buscada ya que es requerida para un cierto número 
de reacciones metabólicas en los seres vivos, además en todos los animales y plantas y 
es creada internamente por casi todos los organismos, siendo los humanos una notable 
http://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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excepción, de ahí la necesidad del consumo del zumo de naranja, para así tener una 
fuente de Vitamina C. 
 
Aunque está demostrado que la Vitamina C aporta grandes beneficios al cuerpo humano 
también es sabido que ayuda al desarrollo de dientes y encías, huesos, cartílagos, a la 
absorción del hierro, al crecimiento y reparación del tejido conectivo normal (piel más 
suave, por la unión de las células que necesitan esta vitamina para unirse), también 
resulta esta vitaminaun factor potenciador para el sistema inmune aunque algunos 
estudios ponen en duda esta última actividad de la vitamina C[15]. 
La vitamina C es esencial para el desarrollo y mantenimiento del organismo, por lo que 
su consumo es obligatorio para mantener una buena salud sin embargo es sabido que 
esta vitamina C es la más sensible de las vitaminas, es lábil en presencia de humedad y 
oxígeno, pH, agentes oxidantes, temperatura y presencia de iones metálicos 
especialmente cobre y hierro. 
 
La vitamina C es soluble en agua, se pierde fácilmente en procesos húmedos. Sin 
embargo, en alimentos procesados las pérdidas más significativas son debido a 
degradación química. 
 
En relación a la cocción, se observa en la Tabla 1.3 como influyen en forma combinada 
factores como la cantidad de agua y el tiempo de cocción en la retención neta de ácido 
ascórbico, debido a la alta sensibilidad del ácido ascórbico generalmente se utilizan las 
variaciones en su contenido como un índice de evaluación de estabilidad de vitaminas 
[16]. 
 
Tabla 1. 3 Pérdidas de ácido ascórbico en vegetales cocidos por diferentes métodos 
Tabla tomada de Perdidas de vitaminas durante el procesamiento de los alimentos” Judith King 
[16]. 
% Vitamina C 
Método Destrucción Extracción en el 
agua 
Retención en el 
alimento 
Vegetales verdes 
 Ebullición(tiempo 
prolongado, agua (+) 
10 – 15 45 – 60 25 – 45 
 Ebullición 
(tiempo corto, agua (-) 
10 – 15 15 – 30 55 – 75 
 Vapor 30 – 40 < 10 60 – 70 
 Olla a presión 20 – 40 < 10 60 – 80 
 
Podemos observar cuando se produce una cocción a corto tiempo y a bajas temperaturas 
la cantidad de Vitamina C recuperada en los vegetales es mayor, con ello podemos 
deducir que las altas temperaturas y grandes tiempos de cocción el ácido ascórbico se 
pierde o diluye. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Diente
http://es.wikipedia.org/wiki/Enc%C3%ADa
http://es.wikipedia.org/wiki/Hueso
http://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_cartilaginoso
http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_inmunitario
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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1.3 Líquidos Termolábiles 
 
Un producto lábil es aquel que pierde sus propiedades o características químicas cuando 
es sometido a factores ajenos a ellos (calor, luz, oxidantes, reductores, humedad, ácidos, 
bases), un líquido termolábil o termo sensible es un producto que pierde propiedades 
químicas y organolépticas cuando es sometido a un incremento en su temperatura. 
1.3.1 Manejo de líquidos termolábiles en la industria 
 
La industria donde se manejan líquidos o sustancias lábiles es en la química, en la 
sintetización de enzimas o en la procuración y producción de vitaminas, para ello 
emplean dispositivos con los cuales son capaces de producir las condiciones requeridas 
para el manejo de las variables que perjudican a sus productos, las que más aparecen en 
estos procesos son: 
 
 Temperatura 
 Presión 
 Concentración 
 Luz ultravioleta 
 
Existen procesos como números de productos químicos existen, para producir las 
condiciones necesarias de proceso cada productor emplea su propia tecnología patentada 
lo cual hace difícil el encontrar referencias de dispositivos particulares que emplean 
inclusive se tienen patentes de toda la línea de producción o sintetización de vacunas, 
medicinas o vitaminas. 
 
1.4 Evaporadores 
Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos. Las partes esenciales de 
un evaporador son la cámara de calefacción y la cámara de evaporación. El haz de tubos 
corresponde a una cámara y la coraza corresponde a la otra cámara. La coraza es un 
cuerpo cilíndrico en cuyo interior está el haz de tubos. 
Las dos cámaras están separadas por la superficie sólida de los tubos, a través de la cual 
tiene lugar el intercambio de calor. La forma y la disposición de estas cámaras, 
diseñadas para que la eficacia sea máxima, da lugar a distintos tipos de evaporadores. 
1.4.1 Clasificación de Evaporadores 
Podemos clasificar los evaporadores en dos grandes grupos: 
Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor es vapor de agua saturado 
que cede su calor de condensación y sale como agua líquida a la misma temperatura y 
presión de entrada. Este evaporador se denomina de tubos horizontales porque los tubos 
están dispuestos horizontalmente. 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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Figura 1. 5 Evaporador de tubos horizontales 
 
El evaporador de la figura 1.5 presenta una clasificación propia que es la siguiente: 
 
Evaporador múltiple efecto. 
 
Un evaporador de múltiple efecto consta de un conjunto de evaporadores, donde el 
primer efecto es el primer evaporador y así sucesivamente. Durante el funcionamiento, 
el vapor producido en el primer efecto se utiliza como vapor calefactor del segundo 
efecto. 
 
Métodos de alimentación en los múltiples efectos: 
 
 Alimentación directa (Figura 1.6). El alimento entra en el primer efecto y sigue 
el mismo sentido de circulación que el vapor, saliendo el producto en el último 
efecto. El líquido circula en el sentido de las presiones decrecientes y no es 
necesario aplicar ninguna energía auxiliar para que el líquido pase de un efecto al 
otro. Solo hacen falta dos bombas, una para introducir el líquido en el primer 
efecto y otra para extraer el producto del último efecto. 
 
 
Figura 1. 6 Evaporador de alimentación directa 
 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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 Alimentación a contracorriente (Figura 1.7). El líquido a evaporar entra en el 
último efecto y sale concentrado por el primero. El líquido a concentrar y el 
vapor calefactor circulan en sentido contrario. Aquí el líquido circula en sentido 
de presiones crecientes y esto requiere el uso de bombas en cada efecto para 
bombear la disolución concentrada de un efecto al siguiente . Esto supone una 
complicación mecánica considerable que se suma al hecho de hacer trabajar las 
bombas a presiones inferiores a la atmosférica. Así, si no hay otras razones, se 
prefiere el sistema de alimentación directa. 
 
Figura 1. 7 Evaporador de alimentación a contracorriente 
 
 Alimentación mixta. Cuando en una parte del sistema de alimentación es directa 
y en la otra parte es a contracorriente. Este sistema es útil si tenemos 
disoluciones muy viscosas. Si utilizamos la corriente directa pura, nos 
encontramos que el último efecto, donde hay menos temperaturas la viscosidad 
de la disolución concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el 
coeficiente global, U, en este efecto. Para contrarrestar eso, se utiliza la 
alimentación a contracorriente o la mixta. La disolución diluida entra en el 
segundo efecto i sigue el sentido de la alimentación directa, pasando después del 
último efecto al primero, para completar la evaporación a temperatura elevada. 
 
 
Figura 1. 8 Evaporador de alimentación mixta 
 
Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja. 
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 Alimentación en paralelo (Figura 1.9): Cuando el alimento entra 
simultáneamente a todos los efectos y el líquido concentrado se une en una sola 
corriente. Sistema utilizado en la concentración de disoluciones de sal común, 
donde los cristales depositados hacen que resulte difícil la disposición de la 
alimentación directa. 
 
 
Figura 1. 9 Evaporador de alimentación en parelelo 
 
Evaporadores de tubos verticales (Figura 1.10). El principio de funcionamiento es 
igual que el evaporador de tubos horizontales