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INGENIERÍA DE PROYECTOS: OBTENCIÓN DE NÉCTAR DE COPOAZU CASO PRACTICO ENCARGADO N.º 2 GRUPO 3 Se ha decidido instalar una planta industrial de obtención de néctar de copoazu en la ciudad de Iquitos; siendo el equipo limitante el equipo de cortado (12 TM de capacidad de procesamiento por día). El proceso se inicia con la cosecha de los frutos de copoazu en las parcelas del INIA, para lo cual se utiliza tijeras especiales para separar los frutos del tallo de la planta sin lastimarles, las frutas cosechadas son colocadas en sacos de polietileno de 50 kg de capacidad y transportada en furgonetas hasta la planta industrial, donde son recepcionadas y pesadas, a continuación se realiza el lavado de las frutas en tinas de 200 kg de capacidad en la cual se tiene solución clorada (concentración de solución clorada 30 ppm y densidad de 1.08 Kg/Lt), en ellos los frutos de copoazu ocupan el 40% de la capacidad de las tinas, donde los frutos permanecen por espacio de 20 minutos hasta lograr que los cuerpos extraño y tierra adherida se desprendan con la ayuda de cepillos industriales se completa la limpieza de los mismos; Luego se procede a la elección de la fruta más adecuada, para lo cual se separan aquellas muy maduras, muy verdes o que presenten signos de deterioro. La operación siguiente es la separación de la cascara para lo cual se realiza el cortado en mitades ; con la finalidad de separar la pulpa conjuntamente con las semillas y facilitar el pulpeado ; La pulpa refinada es depositada en un evaporador de simple efecto; donde se realiza la dilución con agua en una proporción de 1:4 (pulpa : agua) y se agita hasta obtener una solución diluida homogénea , luego se procede a agregar ácido cítrico para regular el PH ( 0,15% respecto a la pulpa refinada) y azúcar una cantidad necesaria hasta obtener una dilución de 40 ºBrix ; El resultado de la mezcla final se pasa a un evaporador de simple efecto donde se realiza el calentamiento por 0.5 hr; a una temperatura de 70 ºC (vapor utilizado es 1.2 m3 cada 05 minutos el cual está a 100 ºC y 1.0 atm de presión ). Luego se procede al enfriado, para lo cual el néctar caliente se deposita en un tanque con sistema de agitación en el cual permanece hasta lograr una temperatura de 50 °C, momento en el cual agrega como preservante Benzoato de sodio (0,025% respecto el peso del azúcar agregado), luego se procede al envasado en frascos previamente lavados, se tapan herméticamente y se colocan en posición invertida durante 3 – 5 minutos a fin de esterilizar las tapas. El producto es embalado en cajas de cartón con capacidad para 24 frascos de 400 ml de capacidad. Consideraciones: ✓ Merma por lavado : 0.5% ✓ Merma por selección :1% ✓ Merma por cortado (separación cascaras) : 40% ✓ Merma por pulpeado (separación semillas) : 20% ✓ Merma por envasado : 0.2% ✓ Azúcar en pulpa refinada : 18°Brix. ✓ Densidad del néctar : 1.7 kg/Lt. ✓ PH del jugo : 3,4. Se pide: a) Elaborar el diagrama de bloques y de flujo del proceso productivo. b) Elaborar el programa de producción y los requerimientos de materia prima e insumos para 3 años, teniendo en cuenta que se trabajará un turno por día y 180 días el primer año, dos turnos y 250 días el segundo año y tres turnos y 300 días al año el tercer año. c) Determinar la capacidad de procesamiento, capacidad de producción y el rendimiento del proceso productivo. SOLUCIÓN DEL CASO a) DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO PRODUCTIVVO. MEZCLADOR ENVASADO EMBALADO ALMACENADO semillas PULPEADO EVAPORADO ENFRIADO CORTADO COSECHA TRANSPORTADO RECEPCIÓN Y PESADO LAVADO SELECCIÓN Frutas muy maduras + frutas muy verdes + frutas deterioradas Solución clorada 30 ppm Solución clorada + cuerpos extraños Fruta copoazu perdido durante el cortado y separación de cascaras Agua Ácido cítrico azúcar Vapor saturado 70°C Vapor condensado Benzoato de sodio Donde: A= 4 TM B= 40% A C=? Base de cálculo de capacidad de procesamiento del equipo Cortado de 9 TM por día. 12 TM dia x ( día 3 turno ) = 4 TM/turno 1. BALANCE DE MATERIA EN CORTADO 2. BALANCE DE MATERIA EN PULPEADO CORTADO A B C 𝐴 = 𝐵 + 𝐶 𝐴 = 40% 𝐴 + 𝐶 𝐴 − 0.40 = 𝐶 0.60 𝐴 = 𝐶 𝐶 = 0.60(4 𝑇𝑀) = 2.4 𝑇𝑀 𝐵 = 𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴𝑅𝐴𝑆 = 1.8 𝑇𝑀 PULPEADO C 𝐶1 𝐶2 Donde: C= 2.4 TM C1=20% C C2=? 𝐶 = 𝐶1 + 𝐶2 𝐶 = 0.2 𝐶 + 𝐶2 𝐶 − 0.2𝐶 = 𝐶2 𝐶2 = 1.4𝐶 = 3.36 𝑇𝑀 𝐶1 = 𝑆𝐸𝑀𝐼𝐿𝐿𝐴𝑆 = 0.48 𝑇𝑀 1. BALANCE EN EL MEZCLADO • Cálculo de la masa de pulpa diluida en agua. Masa de pulpa diluida = c + 4𝐶 Masa de pulpa diluida = 5𝑐 = 5(3.36 TM) Masa de pulpa diluida = 16.8 TM Cantidad de agua en la dilución = 4C Cantidad de agua en la dilución = 4(3.36 TM) Cantidad de agua en la dilución = 13.44 TM • Concentración de la pulpa diluida. Azúcar en pula refinada = 3.36(0.18) = 0.6048TM °Br = 0.6048 TM 16.8 TM x100 = 3.6% Ácido cítrico = 0.0015(16.8) Ácido cítrico = 0.0252 TM • Balance de azúcar en el mezclado. Pulpa diluida + ácido cítrico + azúcar = 0.4(Pulpa diluida + ácido cítrico + azúcar) 0.036(16.8TM) + ácido cítrico + azúcar = 0.4(16.8TM) + 0.4 AC. CITRICO + 0.4 azúcar 0.036(16.8) + azúcar = 0.4(16.8 TM) − 0.48(0.0252) + 0.4 azúcar azúcar − 0.4 azúcar = 6.72TM − 0.012096TM − 0.6048 TM 0.48 azúcar = 5.99424TM azúcar = 12.488TM • Cálculo de la masa del néctar sin preservantes. Néctar sin preservantes = pulpa diluida + azúcar + ácido cítrico Néctar sin preservantes = (16.8 + 0.0252 + 12.488)𝑇𝑀 D = Néctar sin preservantes = 29.3132TM • Cálculo de la cantidad de Benzoato de sodio. Benzoato de sodio = 0.025% (29.3132) Benzoato de sodio = 7.3283 ∗ 10−03 TM • Cálculo del producto final; néctar con preservante. Producto final = Néctar sin preservante + Benzoato de sodio Producto final = 29.3132 + 7.3283 ∗ 10−03 TM E = Producto final = 29.32052 TM 3. BALANCE EN EL ENVASADO 𝐸 = 𝐹 F = Producto envasado = 29.32052 TM • Cálculo de la cantidad de frascos. 29.32052TM turno x 1000 Kg 1 TM x 1 L 1.7 Kg x 1000 ml 1 L x 1 frasco 500 ml = 34494.7294frascos Cantidad de frascos = 34494 unidades • Cálculo de cantidad de cajas. 1 caja − − − − − 24 frascos X − − − − − −34494 frascos Cantidad de cajas = 1437.25cajas = 1437 unidades • Cálculo de la cantidad de agua para producir 1.2 m3 de vapor a 100°C y 1 atm de presión. PV = nRT = WH2O PMH20 WH2O = PVPMH20 RT WH2O = 1 atm x 7200 l x 18g/mol 0.0821 l mol °K x 373.15 °K WH2O = 4230.3704 g = 0.0042303704 TM ENVASADO E 𝐹 4. BALANCE EN EL LAVADO • Cálculo de la cantidad de agua clorada para lavado. Cantidad de agua clorada = A2 = 4.02010 TM • Cálculo de la cantidad de tinas usadas en la solución clorada. Tinas=80 Kg 4.02010 TM x 1 tina 80 Kg x 1000 Kg 1 TM = 50 tinas Cantidad de tinas = 50 unidades • Cálculo de cantidad de agua en las tinas 1 tina → 120kg agua 50 tinas → x 𝐱 = 𝟔𝟎𝟎𝟎𝐤𝐠 𝐬𝐨𝐥𝐮𝐜𝐢𝐨𝐧 𝐜𝐥𝐨𝐫𝐚𝐝𝐚 = 𝟔 TM LAVADO 𝐴2 𝐴1 A Donde: A= 4 TM A1=0.5% A2 A2=? 𝐴1 + 𝐴 = 𝐴2 𝐴2 − 0.5% 𝐴2 = 𝐴 0.995𝐴2 = 4 𝐴2 = 4.02010 𝑇𝑀 𝐴2 = 𝑓𝑟𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑝𝑜𝑎𝑧𝑢 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑙 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜 𝐴1 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎ñ𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜 = 0.02011 𝑇𝑀 • Cálculo de la cantidad de cloro. 6000kg x 1 L 1.08 Kg x 30 mg 1 L x 1 Kg 1000000 mg = 0.16TMCantidad de cloro = 0.16 TM • Cálculo de la cantidad de agua en solución clorada. Solución clorada = agua + cloro agua = solución clorada − cloro agua = 6 TM − 0.16 TM agua = 5.84 TM agua total = agua en solución clorada + agua en dislución + agua para vapor agua total = 5.84 TM + 13.44 TM + 0.0042303704 TM agua total = 19.2442 TM 5. BALANCE EN LA SELECCIÓN SELECCIÓN 𝐴4 𝐴3 𝐴2 Donde: A2= 4.02010 TM A3=1 % A4 A4=? 𝐴3 + 𝐴2 = 𝐴4 𝐴4 − 1% 𝐴4 = 𝐴2 0.99𝐴4 = 4.02010 𝑇𝑀 𝐴4 = 4.0607 𝑇𝑀 𝐴4 = 𝑓𝑟𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑝𝑜𝑎𝑧𝑢 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑙𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝐴3 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎ñ𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜 = 0.0406 𝑇𝑀 6. BALANCE EN EL TRANSPORTE. A6 = 4.0607 TM (materia prima) • Cálculo de cantidad de sacos usados en el transporte. 4.0607 TM x 1000 Kg 1 TM x 1 saco 50 Kg = 81.214 ≈ 81 sacos Número de sacos = 81 unidades 1. CALCULO DE LA ELAVORACIÓN DE PROGRAMA DE PRODUCCIÓN 1. Agua 1er año = 19.2442 TM x 1 turno 1 dia x180 días = 3463.956 TM 2do año = 19.2442 TM x 2 turno 1 dia x250 días = 9622.1 TM 3er año = 19.2442TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 17319.78 TM 2. Materia prima 1er año = 4.0607 TM x 1 turno 1 dia x180 días = 730.926 TM 2do año = 4.0607 TM x 2 turno 1 dia x250 días = 2030.35 TM TRANSPORTE 𝐴6 𝐴6 = 𝐴4 𝐴4 3er año = 4.0607 TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 3654.63 TM 3. Producto final 1er año = 29.32052 TM x 1 turno 1 dia x180 días = 5277.6936 TM 2do año = 29.32052 TM x 2 turno 1 dia x250 días = 14660.26 TM 3er año = 29.32052 TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 26388.468 TM 4. Cloro 1er año = 0.16 TMx 1 turno 1 dia x180 días = 28.8 TM 2do año = 0.16TM x 2 turno 1 dia x250 días = 80 TM 3er año = 0.16 TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 144TM 5. Azúcar 1er año = 12.488 TM x 1 turno 1 dia x180 días = 2247.84 TM 2do año = 12.488 TM x 2 turno 1 dia x250 días = 6244 TM 3er año = 12.488 TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 11239.2 TM 6. Ácido cítrico 1er año = 0.0252 TM x 1 turno 1 dia x180 días = 4.536 TM 2do año = 0.0252 TM x 2 turno 1 dia x250 días = 12.6 TM 3er año = 0.0252 TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 22.68 TM 7. Benzoato de sodio 1er año = 0.0073283 TM x 1 turno 1 dia x180 días = 1.31909 TM 2do año = 0.00732883 TM x 2 turno 1 dia x250 días = 3.66441 TM 3er año = 0.00732883 TM x 3 turno 1 dia x 300 días = 6.59594TM 8. Frascos 1er año = 34494 frascos x 1 turno 1 dia x180 días = 6208920frascos 2do año = 34494 frascos x 2 turno 1 dia x250 días = 17247000 frascos 3er año = 34494 frascos x 3 turno 1 dia x 300 días = 31044600 frascos 9. Cajas 1er año = 1437 cajas x 1 turno 1 dia x180 días = 258660 cajas 2do año = 1437cajas x 2 turno 1 dia x250 días = 718500cajas 3er año = 1437cajas x 3 turno 1 dia x 300 días = 1293300 cajas 10. Tinas 1er año = 50 tinas x 1 turno 1 dia x180 días = 9000 tinas 2do año = 50 tinas x 2 turno 1 dia x250 días = 25000tinas 3er año = 50 tinas x 3 turno 1 dia x 300 días = 45000 tinas 11. Sacos 1er año = 81 sacos x 1 turno 1 dia x180 días = 14580 sacos 2do año = 81 sacos x 2 turno 1 dia x250 días = 40500 sacos 3er año = 81 sacos x 3 turno 1 dia x 300 días = 72900 sacos PROGRAMA DE PRODUCCIÓN AÑO PRODUCTO (TM) MATERIA PRIMA (TM) CLORO (TM) AC. CITRICO (TM) AGUA (TM) AZUCAR (TM) BENZOATO (TM) CAJAS FRASCOS TINAS SACOS 1 5277.6936 730.926 28.8 4.536 3463.956 2247.84 1.31909 258660 6208920 9000 14580 2 14660.26 2030.35 80 12.6 9622.1 6244 3.66441 718500 17247000 25000 40500 3 26388.468 3654.63 144 22.68 17319.78 11239.2 6.59594 1293300 31044600 45000 72900 AÑO CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN RENDIMIENTO 1 730.926 5277.6936 721.2764 % 2 2030.35 14660.26 721.2764 % 3 3654.63 26388.468 721.2764 %
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