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ESCUELA SUPERIOR POLÍTECNICA DE CHIMBORAZO
LA INTENSIFICACIÓN EN LOS PROCESOS DE LA AGROINDUSTRIA PANELERA
Ing. Walter F. Quezada Moreno. PhD - Universidad de Guayaquil Ing. Augusta Jiménez. Mg - Universidad de Guayaquil
Ing. Marcia Proaño - Universidad de Las Américas
2019
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TEMARIO • REALIDAD DEL SECTOR • PROCESO DE INTENSIFICACIÓN • PRODUCTOS Y RESULTADOS
ESCUELA SUPERIOR POLÍTECNICA DE CHIMBORAZO
LA INTENSIFICACIÓN DE LOS PROCESOS
EN LA AGROINDUSTRIA PANELERA
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Problema: Existe una elevada ineficiencia tecnológica y un impacto ambiental en las industrias paneleras ecuatorianas que afectan la competitividad y la rentabilidad de este sector en la economía del país.
Objetivo: Establecer un diagrama heurístico como herramienta orientadora en el proceso de intensificación para la industria panelera para incrementar la calidad y la competitividad tecnológica y económica del sector panelero, en equilibrio con el medio ambiente.
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Mercado
Tecnológicos
Económicos Medio Ambiente
Sociales
Alianzas
Debilidades
agroindustria
panelera
Productores, Cadenas
comerciales, gobiernos,
Universidades, ONG
Cantidad, calidad, precio,
presentación, promoción
Normas-Manejo de residuos
Calidad de vida,
Reconocimiento
Procesos
Eficiencia energética,
Control de variables,
Capacidad, tecnología,
Información, diversidad,
Calidad e inocuidad del producto,
Variabilidad, rendimiento
Capacidad de inversión, disponibilidad
y capacidad de créditos-Rentabilidad Agrícola
Manejo –Variedades-Tecnología
Empresarialidad-Asociatividad-Organización
GESTIÓN
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PANELA AZUCAR
Concentración Batido y moldeo
Envasado
Carbonatos
Sulfoclarol
Balsos, yausa
yausabara
Extracción (<50%)
Limpieza
Clarificación
Evaporación
Caña
Bagazo
Jugo
Jugo limpio
Bagacillo
lodos
Cachaza
¨Jugo clarificado¨
Ineficiencia - tecnológica - Productiva - Energética - Calidad-inocuidad
Impacto ambiental
MIEL
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Sulfoclarol como
Hidrosulfito de
sodio (Na2S2O4)
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EVALUACIONES AMBIENTALES
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Análisis del ciclo de vida
Panelera Actual
Recurso agua
Recurso suelo
Recurso energía
Recurso materiales
Abonos orgánicos
Clarificantes Químicos
Clarificantes naturales
Combustibles gaseosos. Aceites y lubricantes
Etapa agrícola
Etapa industrial
Emisiones al aire
Emisiones al agua
Emisiones al suelo
Panela
Cachaza BagazoCenizas
0,
50,
100,
150,
200,
HumanHealth
EcosystemQuality
Resources
Pt
Analizando 1 p 'fabricacion de panela'; Método: Eco-indicator 99 (H) V2.08 / Europe EI 99 H/H / Ponderación
etapa Industrial Panela
Etapa agricola panela
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EVALUACIONES AMBIENTALE.
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Calidad del Ecosistema
• .
Analizando 1 p 'fabricacion de panela'; Método: Eco-indicator 99 (H) V2.08 / Europe EI 99 H/H / Puntuación única
Carcinogens Resp. organics Resp. inorganics Climate change Radiation Ozone layer EcotoxicityAcidification/ Eutrophication Land use Minerals Fossil fuels
Etapa agricola panela etapa Industrial Panela
Pt
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Los efectos a la salud humana están relacionados con la respiración de compuestos
inorgánicos y el cambio climático, y los efectos sobre los recursos están
concentrados en el uso de combustible para la transportación y la electricidad en la
etapa industrial.
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REALIDAD
En la agroindustria panelera, prevalecen actividades de carácter tradicional que industrial
PROCESO
TECNOLOGICO
CALIDAD - INOCUIDAD.
DIVERSIFICACIÓN
INTENSIFICACIÓN
RENDIMIENTOS
SUBPRODUCTOS
CONTAMINACIÓN, otros.
SON PROBLEMAS
QUE GENERAN
SU RETRAZO
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GESTIÓN
TECNOLÓGICA
Estrategias
(Ley, 2006) Asimilación y
adaptación de tecnologías a partir de
estudios previo inversionistas, pero
no considera la adaptación en
plantas instaladas
(González,2008) Estabilización,
reconversión e inversión para una
misma producción, no considera
nuevas producciones a partir de las
capacidades e instalaciones.
(De la Cruz,2010) Modificaciones de
las facilidades auxiliares y la
rehabilitación continua de industrias
para la reconversión.
(Morales, 2012) Estrategia para la
reconversión y reanimación de una
industria a partir del aprovechamiento
de las capacidades y el equipamiento
instalado en las plantas con la
incorporación de nuevas
producciones
Criterios
(Keil, 2007) La IP es un enfoque
revolucionario de desarrollo para
procesar y diseñar una planta.
(Reay, 2009; Freund, 2008;
Wiroon, 2013) La IP requiere
creatividad industrial I+D
(Simon, 2009, Lutze, 2010; Pérez,
2011) La IP requiere desarrollar
procesos más seguros, con altas
eficiencias en los equipos y con
una reducción del tamaño de los
mismos, generar la menor cantidad
de residuos y obtener la mayor
cantidad de productos con la menor
cantidad posible de materia prima
INTENSIFICACIÓN
DIVERSIFICACIÓN
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www.themegallery.com
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Propuestas de intensificación
Producto final
Clarificación
Batido y Moldeo
Secado y Triturado
Molino preparador,
Tamices; Prelimpiadores
Incremento de Caña
Disminuir pérdidas Extracción y Limpieza
Evaporación y
Concentración
Clarificadores Variedades de plantas mucilaginosas
Variables: Concentración,
temperatura, %, tiempo,
viscosidad, turbidez
Variables: Concentración, pH,
temperatura de punteo,
según altitud
Nuevos productos: Miel
hidrolizada y aromatizada
Agitación mecánica Variables: temperatura, rpm,
tiempo, % azúcar tamizado
Conglomerados
Variables: Temp. secado,
espesor conglomerado, tiempo
secado. We, hf y tiempo de
triturado. Normas de Calidad
Abanico colorimétrico
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Perspectivas Formulación de directrices pertinentes para
un corto, mediano y largo plazo
Búsqueda de alternativas de
intensificación en
equilibrio con el ambiente
Consolidación de los productos
en el mercado nacional e internacional
Un aprovechamiento integral,
sostenible y competitivo
Diversificación de nuevos productos
con un mayor valor agregado
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Acondicionamiento de
plantas aromáticas
Extracción de aceites
esenciales
Aro
mat
izac
ión
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PROCESO EXTRACCIÓN MUCÍLAGO-EDULCORANTES
Mucilaginous plant
Mucilaginous solution
Cleaning-Leaves separation
Crush
FilteringExtraction of
mucilage
Honey cane
clarified juice
Scum
Bagasse
Muds
Scum & Water Vapor
Juice
Precleaning-solid
Sediments
Natural sugar
Panela
Crushing
ClarificatiónpH= 5
Setting Tank-Heating
Boiling 1-2Concentration
Sugar Cane
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MUCILAGOS VEGETALES
Polisacáridos celulósicos que contienen el mismo número de azúcares que las gomas y pectinas.
Las gomas se hinchan en el agua para dar
dispersiones coloidales gruesas y las
pectinas gelifican.
Los mucílagos producen coloides, son viscosos,
que pueden ser hidrolizados y fermentados
(Bobbio & Bobbio, 1992; Dziezak, 1991).
Son insolubles en agua e insolubles en alcohol
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Usos-Investigaciones
Mucílagos soluciones clarificación jugo caña
Hidrogeles en productos de aseo personal-limpieza.
Películas comestibles.
Bioplásticos-cubiertas en empaques primarios y secundarios
Recubrimiento de frutas biopélículas.
En agricultura (micro encapsulación) y en la
Industria Farmacéutica
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No Nombre común Nombre científico Tipo
1 Balso rojo Ochroroma pyramidale Árbol
2 Balso blanco Heliocarpus americanus L Árbol
3 Malva morada Lavatera arbórea L Arbusto
4 Malva blanca Malva Arbusto
5 Cucarda Hibiscus syriacus L Arbusto
6 Falso San Joaquín Hibiscus rosa sinensis Arbusto
7 Malva silvestre Malva peruviana L Malas hierbas
8 Abrojo Bittneria ovata Lam Malas hierbas
9 Cadillo negro Triumfetta lappula L Malas hierbas
10 Moquillo Saurauia bullosa Wawra Arbusto
11 Yausabara Pavonia sepium A. St-Hil Mala hierba 12 Yausa Abutilon insigne Planch Árbol
13 Nieve Calystegia soldanela Malas hierbas
14 Uyanguilla Basella alba Malas hierbas
Especies mucilaginosas utilizadas en la investigación.
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Extracciòn mucìlago yausa
FACTORES
NIVELES VARIABLE
RESPUESTA
BAJO MEDIO ALTO
Viscosidad cP
X1: Concentración (g/L) 50 100 150
X2: Velocidad de rotación (rpm) 60 90 120
X3: Tiempo de agitación (min.) 1 2 3
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Obtención de mucílagos Diagrama de Pareto Estandarizada para Viscosidad
0 4 8 12 16 20 24
Efecto estandarizado
BBCBC
ABCBCCABB
BBAB
AABB:Velocidad
ACCAAC
CCAC
C:TiempoAA
A:Concentración+
-
www.themegallery.com -1,0
Velocidad1,0 1,0
Gráfica de Efectos Principales para Viscosidad
0
30
60
90
120
150
180
Visc
osid
ad
Concentración1,0 -1,0
Tiempo-1,0
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
Tu
rbid
ez
jug
o c
lari
ficad
o (
NT
U)
Agitación Manual 1 min. Agitación Mecánica 1 min. Agitación Mecánica 2 min.
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Diseño de experimentos 23
Exptos
X₁ X₂ X₃ Turbidez NTU
g/L
°C
%
Yausabara
(TYb)
Yausa
(TY)
Cadillo
(TC)
Falso J.
(TFJ)
1 -1 1 -1 72.33 77.00 113.00 136.00
2 1 1 -1 59.67 85.33 80.00 98.00
3 -1 1 1 47.84 80.17 86.67 96.00
4 1 -1 1 99.00 119.67 143.00 159.67
5 -1 -1 1 138.33 140.00 188.00 170.33
6 -1 -1 -1 157.00 187.67 234.67 204.00
7 1 1 1 48.70 52.00 65.33 85.00
8 1 -1 -1 140.33 169.33 183.00 201.33
Mejor especie
TYb=94,3504-9,5254X1-39,3163X2-12,9829X3+4,4746X1X2-2,1921X1X3+2,01708X2X3+3,4746X1X2X3
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EXTRACCIÓN-MUCÍLAGO. CLARIFICACIÓN
TURBIDEZ:
27 NTU
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Evaporación y concentración
Producción de miel hidrolizada
Factores
Niveles Variables respuesta
Bajo Medio Alto Viscosidad)
(Yv)
Sabor
(Ys)
Presencia de
cristales
(Yc)
pH: X1 3,5 4 4,5
Sensorial Sensorial Sensorial
Concentración (Bx): X2 74 76 78
Diseño de experimentos factorial 32
evaporación concentración
acido cítrico
Miel
hidrolizada
Jugo
clarificado
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Exptos X1 X2 Yv Ys Yc
1 -1 1 0,7 1,9 3,2
2 0 0 9,6 8,6 9,1
3 -1 -1 3,8 2 9,3
4 1 -1 2,1 9,2 7
5 0 1 0,8 8,6 2,9
6 -1 0 9,5 2 9,2
7 1 0 9 8,3 6,8
8 1 1 0,8 8,9 1,2
9 0 -1 2,3 8,8 9,2 -1,0
Concentración1,0
Gráfica de Efectos Principales para Viscosidad
0
2
4
6
8
10
Vis
cosid
ad
pH1,0 -1,0
Gráfica de Efectos Principales para Sabor
0
2
4
6
8
10
Sabor
pH-1,0 1,0
Concentración-1,0 1,0
-1,0Concentración
1,0
Gráfica de Efectos Principales para Cristales
3
5
7
9
11
Cris
tale
s
pH1,0 -1,0
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Calidad e inocuidad
La calidad y disponibilidad se asocia a la seguridad alimentaria, cuando hablamos de alimentos inocuos y nutritivos (Niemeyer y Vera, 2008).
Todo alimento de calidad siempre es inocuo, y un alimento inocuo no siempre es un producto de calidad.
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Determinación de las temperaturas de punteo
Evaporación y concentración
Producto/Altur
a
Concentración Temperaturas °C (±5)
Brix(±0,5)
200
msnm
670
msnm
1150
msnm
1650
msnm
2250
msnm
ΔT(oC)
Jugo de caña 22 101 99 97 95 93 8
Miel
Hidrolizada 76 111 110 109 107 104
5
Panela 90 125 124 122 120 118 7
Azúcar natural 96 129 127 126 125 124 5
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Miel hidrolizada
Panela
Azúcar natural
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MIEL DE CAÑA: ÁCIDA - ENZIMÁTICA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
MIEL PANELA AZÚCAR NATURAL
121
102,2 95,8
160,5
135,5
127
Mas
a o
bte
nid
a en
kilo
gram
os
Extracción 50% Extracción 65 %
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Eficiencia energética en la cámara de combustión
Factor Qn Qd
Qmiel (KJ) 34406,98 68813,97
Qpanela (KJ) 36273,26 72546,52
Qazúcar (KJ) 36806,48 73612,97
Ef. energ. (Ƞe) 50%
Secado del bagazo de 50% a 30% de humedad
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Análisis del ciclo de vida con la intensificación
Recurso agua
Recurso suelo
Recurso energía
Recurso materiales
Abonos orgánicos
Clarificantes Químicos
Clarificantes naturales
Combustibles gaseosos. Aceites y lubricantes
Etapa agrícola
Etapa industrial
Emisiones al aire
Emisiones al agua
Emisiones al suelo
Miel hidrolizadaPanelaAzúcar natural
Cachaza Bagazo
Alcohol - Alimento animal
Cenizas
354 tkm
Truck 16t
16,6 Pt
150 tkm
Truck 28t
4,33 Pt
63,6 kg
Poultry manure,
dried, at regional
storehouse/CH S
0,709 Pt
4E3 m2
Planting/CH S
5,38 Pt
4E3 m2
Tillage,
ploughing/CH S
7,57 Pt
7,5 kg
Calcium carbide,
technical grade, at
plant/RER S
1,71 Pt
19 kg
Diesel, at
refinery/CH S
4,07 Pt
6 kg
Natural gas, from
medium pressure
network (0.1-1
1,34 Pt
-2,1E3 kg
Grass silage
organic, at farm/CH
S
-266 Pt
3E4 kg
Etapa agricola
Variante 4
18 Pt
1,44E3 kg
Etapa Industrial
Panela Variante 4
244 Pt
1,46E3 kg
Etapa Indsutrial
Miel Hidrolizada
Variante 4
209 Pt
1,35E3 kg
Etapa Industrial
Azucar variante 4
244 Pt
1 p
Panela Variante 4
716 Pt
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COMPARACIÓN
-50,
0,
50,
100,
150,
200,
250,
300,
Etapa Industrial Panela Variante 4 Etapa Industrial Panela Variante Actual
mP
t
Comparando 1 kg 'Etapa Industrial Panela Variante 4' con 1 kg 'Etapa Industrial Panela Variante Actual'; Método: Eco-indicator 99 (H) V2.08 / Europe EI 99 H/A / Puntuación única
Fossil fuels
Minerals
Land use
Acidification/ Eutrophication
Ecotoxicity
Ozone layer
Radiation
Climate change
Resp. inorganics
Resp. organics
Carcinogens
Alternativa 1. Miel hidrolizada (50%)-panela (50%)
Alternativa 2. Miel hidrolizada (50%)-azúcar natural (50%)
Alternativa 3. Panela (50%)-azúcar natural (50%)
Alternativa 4. Miel (50%)-panela (25%)-azúcar natural (25%)
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Conclusiones
Los problemas de ineficiencia del sistema, por desconocimiento de la tecnología, las deficientes prácticas de limpieza y clarificación y el uso de aditivos no deseables en la elaboración de la panela, unido a la contaminación ambiental por el uso indiscriminado de combustibles como leña y llantas han hecho que la agroindustria panelera en el Ecuador sea considerada con el calificativo de artesanal y rudimentaria.
En la agroindustria panelera se impone la necesidad de dinamizar el
proceso productivo a través de la intensificación de sus producciones, para
lograr incrementar la competitividad de la empresa basada en la variedad,
productividad y calidad de sus productos y el desarrollo científico,
tecnológico ambiental y social.
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Conclusiones
La estrategia para la intensificación de la industria panelera en el Ecuador,
como opción de eco-desarrollo, debe ser conducida por un diagrama
heurístico que contemple desde los puntos débiles del proceso y la
defectación de los equipos, hasta nuevas alternativas de producción que
conlleven a la obtención de los objetivos técnicos, ambientales y
económicos.