balance de materia del macambo
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I. INTRODUCCION
Dentro de las industrias de procesos, el balances de materia es
importante auxiliar en el diseño, control, optimización y evaluación
económica de los procesos propuestos y existentes, así como de
decisiones sobre las operaciones que se presentan a diario, por lo que
tienen repercusión directa en la producción y en la situación financiera
de las compañías; en consecuencia que el profesional técnico desarrolle
los conocimientos, habilidades y actitudes que le permitan realizar el
cálculo de balances de materia y energía con la exactitud requerida.
Integrar información sobre un producto determinado, ejemplo el
macambo que es una variedad de cacao. Las características de tamaño
son algo diferentes a las de otras especies del genero Theobroma. Es
ligeramente de tallo más alto que el cacao(Theobroma cacao) y las
flores poseen colores más vivos. Es considerada un cacao de inferior
calidad, realizándose un balance de materia aplicando un diagrama de
flujos que especifique los equipos, interconexiones y corrientes de
entrada y salida del proceso productivo. También se deben especificar
las condiciones de operación y los valores de flujo y composición de las
principales corrientes del proceso.
1.1. Objetivos:
Determinar el balance de materia del macambo.
Conocer las pérdidas que se generan antes de que sean procesadas.
II. REVISION DE LITERATURA
2.1. BALANCE DE MATERIA
Un balance de materia no es otra cosa que un conteo del flujo y
cambio de masa en el inventario de materiales de un sistema. La ecuación
que se muestra a continuación describe con palabras el principio del
balance de materia aplicable a procesos con reacción química y sin ella.
sistema
elenmasa
deconsumo
sistema
elenmasade
generación
sistemadel
límiteslosde
atravésmasa
desalida
sistemadel
límiteslosde
travésamasa
deentrada
sistemaelen
masade
nacumulacio
Figura N°1. Sistema que se da el balance de materia.
En la ecuación los términos de generación y consumo se refieren a la
ganancia o pérdida mediante reacción química. La acumulación puede ser
positiva o negativa.
En los casos en que no hay generación de materia dentro del
sistema la ecuación de arriba se reduce a:
Acumulación = entrada – salida
Corrientes del
flujo de entrada
El sistema en el que
se efectúa el
balance de materia
Corrientes de
flujo de salida
Y cuando tampoco hay acumulación dentro del sistema se reduce a
la siguiente ecuación:
Entrada = salida
Si no hay flujo que entre o salga del sistema, la ecuación se reduce
al concepto básico de la conservación de una especie de materia dentro de
un sistema cerrado aislado:
Acumulación = generación – consumo
Los balances de materia también pueden usarse en las decisiones
de operación de los gerentes de la planta que se presentan a cada
momento y a diario. Si en un proceso hay uno o más puntos en lo que
resulte imposible o antieconómico reunir datos, entonces si se encuentran
disponibles otros datos que sean suficientes, haciendo un balance de
materia en el proceso es posible obtener la información que sea necesaria
acerca de las cantidades y composiciones en la posición inaccesible. En la
mayor parte de las plantas, se reúnen bastantes datos sobre las cantidades
y composiciones de las materias primas, productos intermedios,
desperdicios, productos y subproductos y que son usados por los
departamentos de producción y de contabilidad, pudiendo integrarse en una
imagen reveladora de las operaciones de la compañía.
2.2. DIAGRAMA DE FLUJO
Representación simbólica de los diferentes componentes de un
proceso, con objeto de organizar la información disponible de la forma más
conveniente para efectuar los cálculos posteriores.
2.2.1. Descripción del diagrama de flujo
Recepción
El éxito en la obtención de productos de alta calidad
comienza en la disponibilidad de frutas de excelentes
características gustativas. Junto a esta disponibilidad está el
cuidado que se tenga en mantener esta alta calidad en los pasos
previos a la llegada a la fábrica de procesamiento.
Una vez en la planta, debe ser rodeada de unas condiciones
que favorezcan sus mejores características sensoriales. Si la
fruta llegó pintona, habrá que propiciar su maduración adecuada.
Si ya está madura, se procurará evitar su deterioro
microbiológico mediante la disponibilidad de un ambiente aseado
e higiénico al máximo durante todo el tiempo que la fruta y luego
puedan estar expuestas a varios ambientes durante la aplicación
de diferentes operaciones de proceso.
Pesado
Permite conocer con exactitud la cantidad de materia prima
que entrega el proveedor y a partir de esta cantidad se podrá
conocer los porcentajes de la calidad de fruta que este
suministra. Se espera que el mínimo sea fruta deteriorada o
verde que no madure. También con este dato se podrá
determinar el rendimiento en pulpa que esa variedad de fruta
posee.
Selección
Se hace para separar las frutas sanas de las ya
descompuestas. Se puede efectuar sobre mesas o bandas
transportadoras y disponiendo de recipientes donde los operarios
puedan colocar la fruta descartado.
Lavado
Desinfección, Se inicia un proceso de limpieza a medida que
se acerca el momento de extraerle la pulpa. El propósito es
disminuir al máximo la contaminación de microorganismos que
naturalmente trae en su cáscara la fruta, para evitar altos
recuentos en la pulpa final, con demérito de su calidad y peligro
de fermentación en la cadena de distribución o en manos del
consumidor final.
La desinfección se efectúa empleando materiales y
sustancias compatibles con las frutas. Es indispensable disponer
de agua potable para iniciar con un lavado, el cual se puede
realizar por inmersión de las frutas o por aspersión, es decir con
agua a cierta presión. El objetivo es retirar toda mugre o tierra
que contamine la superficie de las frutas.
Macerado
Se realiza en frutas con paredes celulares blandas, como la
fresa, con finalidad de reducir el contenido de agua y aumentar la
concentración de sólidos solubles en la fruta.
Cocción
De acuerdo a Soto (2001), la fruta se cuece con agua hasta
que se deshace. La fruta debe cocerse bien obtener el máximo
sabor y extraer todo el ácido y la pectina que son esenciales para
una buena gelificación.
La fruta será cocida lentamente, mediante ebullición a fuego
suave, hasta quedar reducida a pulpa. Para lograr una jalea es
necesario romper la fruta para que la pectina y el ácido se
disuelvan en el agua.
Filtrado
Se hace con el objeto de limpiar y eliminar cualquier partícula
extraña y mucílagos en la pulpa de naranja. Se mide el volumen
del zumo para poder realizar los cálculos necesarios para la
obtención de la jalea.
Concentrado
Una vez calculadas las cantidades requeridas de azúcar, se
procederá con la concentración.
Esta etapa resulta de vital importancia resulta de vital
importanciaya que, alguna falla en esta etapa incidirá
directamente en la calidad del producto. Su conservación, sus
propiedades sensoriales y su apariencia general dependerán,
además de una materia prima de calidad, de esta etapa.
Parámetros importantes que se deben controlar,
cuidadosamente, en esta etapa son la temperatura, intensidad
del calor aplicado, el tiempo y la correcta formulación.
Determinación del punto final
Se determinara con la medida de la concentración de sólidos
solubles o porcentaje de sacarosa con el uso del refractómetro.
Tomando como dato los °Brix.
Envasado
Se envasara el producto a 85 °C, en recipientes previamente
esterilizados, evitando así la formación de burbujas de aire. Una
vez tapados los envases se voltearan con la finalidad de
esterilizar las tapas.
Almacenamiento
Se mantendrá en un lugar fresco y seco. Cubrir la parte superior
de los tarros con tapas de celofán para evitar que penetre polvo.
2.3. BREVE DESCRIPCION DEL MACAMBO
Es un árbol que al estado natural en el bosque puede alcanzar hasta
25 a 30 m de altura y 20 a 30 cm de diámetro. Cultivado puede tener
menores dimensiones, copa oblonga e irregular, conformada por escasos
verticilos de tres ramas pendulares que pueden llegar a tocar el suelo.
Corteza externa agrietada color beige gris (Ruiz 1993, Flores 1997).
Nombre Científico: Theobroma bicolor
Familia: Sterculiaceae
Origen: Crece en la parte occidental de la cuenca amazónica desde
Perú hasta Colombia.
Descripción: Es un pariente del cacao que produce frutos
comestibles,
Forma: forma elipsoidal
Sabor: agridulce
Color: verde
Tamaño: 12 a 15 cm de ancho, peso entre 0,5 y 3,0 kg
2.4. VALOR NUTRICIONAL DEL MACAMBO
Vásquez 1989, reporta como especie cultivado y que los frutos son
comestibles. La pulpa que cubre a las semillas se lo consume crudo al
natural y tiene un sabor agridulce; se emplea en la fabricación de bebidas
refrescantes, helados y chocolates, las semillas cosidas a la brasa son muy
agradables y tienen un gusto harinoso agradable, similar al de las habas
cocidas. Es muy común en Iquitos, Perú, la venta de las semillas,
ensartadas en alambres (brochette) asadas a la brasa (Ruiz 1993). En
América Central se le cultiva por las semillas, que al mezclar con azúcar y
achiote se preparan dulces, también se consume en bebidas frías y
calientes (León 1987).
La composición química (en base seca) de las semillas de macambo,
expresadas en porcentajes reportan los siguientes valores: Humedad 5.57
%, ceniza 4,14 %, proteína 24,42 %, grasa 25,48 %, fibra cruda 30,86 % y
carbohidratos 15,10 %, Burlan &Bressani (1999).
García, et al (2002) realizó la caracterización química y evaluación de
la actividad antioxidante del macambo, reportando que el valor nutricional
de este fruto está considerado con el tenor de lípidos 32,95 %, proteínas
13,30 % y fibras (fibras alimenticias insolubles y solubles FAI-FAS) 9,90 % y
2,30 % respectivamente, complejos muy importantes por que ejercen
efectos fisiológicos directos a través del tracto intestinal.
Entre los tenores de ácidos grasos saturados (57,94 %) de fracción
lipídica, destaca el ácido esteárico, mientras que los ácidos grasos
insaturados (42,03 %) presenta elevado tenor de ácido oleico 39,9 %, ácido
linolénico 2,2 % y ácido linolénico 0,2 %.
La presencia de elevados tenores de ácidos grasos insaturados,
sugiere mecanismos de protección de estos en la prevención de procesos
oxidativos en presencia de compuestos que poseen actividad antioxidante.
III. MATERIALES Y METODOS
3.1. MATERIALES
- Para realizar le balance de materia se procederá a seleccionar la
materia prima, que es el macambo, que es una variedad de
cacao.
- Balanza.
- Cuchillos.
- Vasos precipitados.
3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Primero se realizó la recepción de la materia prima que fue el macambo.
Una vez en la planta, debe ser rodeada de unas condiciones que
favorezcan sus mejores características sensoriales.
2. Luego se realizó el pesado del macambo y a partir de esta cantidad se
podrá conocer los porcentajes de la calidad de fruta que este suministra el
proveedor.
3. Después se realizó la selección de la fruta para separar las frutas sanas de
las descompuestas
4. Se realizó el lavado de la fruta para desinfectar y realizar los demás
procesos en términos de higiene apropiada.
5. Se midió el largo y ancho de cada macambo para realizar luego obtener el
rendimiento.
6. Se cortó el macambo en dos para sacar las pepas de la fruta y de esa
forma separar la parte mucilaginosa de las pepas.
7. Se pesó las pepas de cada macambo y se pesó la parte mucilaginosa de
los diez macambo.
8. Se embolsaron la parte mucilaginosa de cada macambo en bolsas de
polipropileno para luego ser guardadas.
IV. RESULTADOS Y DISCUSION
4.1. RESULTADOS
Cuadro N°1: Balance de materia para los datos obtenidos en el laboratorio de la
fruta Macambo; todos los datos están en gramos (g).
N W Real Cascara Muc + Pepa
Pepa MUCILAGO WTOTAL Mucilago W
Obtenido Perdida
1 2596 1180 368 844 2392 -204
2 1389 747 643 173 470 1390 415 1335 -54
3 2181 1018 1155 496 659 2173 532 2046 -135
4 2223 965 1256 369 887 2221 830 2164 -59
5 2514 1112 1404 451 953 2516 775 2338 -176
6 2201 951 1249 428 821 2200 610 1989 -212
7 1660 802 850 159 691 1652 658 1619 -41
8 1618 809 808 242 566 1617 469 1520 -98
9 1504 749 753 231 522 1502 415 1395 -109
10 2075 1054 1017 365 652 2071 544 1963 -112
Las columnas amarillas son las que deben de haberse pesado.
Ejemplo para el caso 2:
(𝑀𝑢𝑐 + 𝑃𝑒𝑝𝑎) − 𝑃𝑒𝑝𝑎 = 𝑀𝑈𝐶𝐼𝐿𝐴𝐺𝑂
643 − 173 = 470
𝐶𝑎𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎 + (𝑀𝑢𝑐 + 𝑃𝑒𝑝𝑎) = 𝑊 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
747 + 643 = 1390
Las columnas verdes son los datos realmente pesados.
Ejemplo para el caso 2:
𝐶𝑎𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎 + 𝑃𝑒𝑝𝑎 + 𝑀𝑢𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎𝑔𝑜 = 𝑊 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜
747 + 173 + 415 = 1335
La columna roja es la cantidad perdida en el proceso.
𝑊 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 − 𝑊 𝑅𝑒𝑎𝑙 = 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎
1335 − 1389 = −54
Cuadro N°2: Balance de materia en rendimiento por operación y proceso del
Macambo; todos los datos están en gramos (g).
Operación Materia que
ingresa
Materia
que sale
Materia que
continua
R*O% R*P%
1 Cortado 2596 1180 1416 54.5 54.5
Despulpado 1416 368 1048 74.0 40.4
2 Cortado 1389 747 642 46.2 46.2
Despulpado 642 173 469 73.1 33.8
3 Cortado 2181 1018 1163 53.3 53.3
Despulpado 1163 496 667 57.4 30.6
4 Cortado 2223 965 1258 56.6 56.6
Despulpado 1258 369 889 70.7 40.0
5 Cortado 2514 1112 1402 55.8 55.8
Despulpado 1402 451 951 67.8 37.8
6 Cortado 2201 951 1250 56.8 56.8
Despulpado 1250 428 822 65.8 37.3
7 Cortado 1660 802 858 51.7 51.7
Despulpado 858 159 699 81.5 42.1
8 Cortado 1618 809 809 50.0 50.0
Despulpado 809 242 567 70.1 35.0
9 Cortado 1504 749 755 50.2 50.2
Despulpado 755 231 524 69.4 34.8
10 Cortado 2075 1054 1021 49.2 49.2
Despulpado 1021 365 656 64.3 31.6
Datos:
W Real
Cascara
Pepa
Mucilago
Mucilago + Pepa
El peso del mucilago es el que supuestamente se tiene; en el cuadro n°3 se
muestra lo contrario debido a la perdida.
R*O%: Rendimiento por Operación de la materia que continúa.
Si:
2596 ↔ 100%
1416 ↔ 𝑥
𝑥 =1416 ∗ 100%
2596= 54.5
R*P%: Rendimiento por Proceso de la materia que continúa.
Si:
2596 ↔ 100%
1048 ↔ 𝑥
𝑥 =1048 ∗ 100%
2596= 40.4
Cuadro N°3: Mucilago supuesto & Mucilago Real.
n Mucilago Supuesto Mucilago real Perdida
1 1048 844 -204
2 469 415 -54
3 667 532 -135
4 889 830 -59
5 951 775 -176
6 822 610 -212
7 699 658 -41
8 567 469 -98
9 524 415 -109
10 656 544 -112
La pérdida en el cuadro n°1 es igual a la perdida en el cuadro n°3;
solo hubo perdida en la operación.
4.2. DISCUSION
El macambo presenta un gran potencial para la agroindustria, ya que
la parte aprovechable representa el 50% del fruto (pulpa más semilla),
utilizado para la elaboración de productos.
En los mercados de la selva peruana como Iquitos y Nauta se
venden brochetas de semillas de macambo en palillos para ser tostadas en
brasas. Las semillas también son usadas en la repostería de forma parecida
a las almendras, también se utiliza para la elaboración de chocolate.
V. CONCLUSION
Se determinó el balance de materia del macambo en la planta piloto.
Las perdidas obtenidas fue de la pulpa, pudiéndose utilizarse para la
elaboración de algunos productos.
VI. REVISION BIBLIOGRAFICA
1. Hinmelblau, D. (1988): Balance de Materia y Energía. 4º edición.
Editorial Prentice Hall, Hispanoamericana S.A. México.
2. Valiente B., A. (1998): Problemas de balance de materia y energía en la
industria alimentaria. México. 1º reimpresión de la segunda edición.
Editorial Limusa S.A.
3. Pariona Crespo, E. (2003). Elaboración de jalea de cacao. Lima – Perú.
4. http://agroaldia.minag.gob.pe/biblioteca/download/pdf/manuales-
boletines/macambo/estudio_macambo.pdf
5. http://www.deperu.com/abc/frutas/5262/el-macambo
VII. ANEXOS
Fig.1. Macambo Fig. 2. Pulpa del macambo.
Fig. 3. Pepas del macambo. Fig. 4. Cascara del macambo.
