suficiencia profesional: destilaciÓn: conceptos, …
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U N I V E RSI D AD N AC I O N AL D E S AN AG U S T Iacute N D E AR E Q UI P A
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentada por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el tiacutetulo profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
AREQUIPA ndash PERUacute
2008
I
DEDICATORIA
A Dios por ensentildearme todo lo
necesario para ser feliz
A mi Madre y Padre que sin su apoyo
moral y econoacutemico hacen posible cada
eacutexito
A mi hermano por ser maacutes que un
hermano un amigo un consejero y un
protector
II
AGRADECIMIENTO
A Dios por darme todas las
oportunidades y mi Familia por
permitirme aprovechar estas
oportunidades
A los profesores por impartirme sus
conocimientos que me permiten llegar a
este momento
A la Universidad Nacional de San
Agustiacuten que ha hecho de miacute una
profesional
III
PRESENTACIOacuteN
El presente trabajo de tesis consta de la investigacioacuten bibliograacutefica de la destilacioacuten
aplicada en la industria alimentaria los conceptos desarrollados estaacuten enfocados en
los caacutelculos de ingenieriacutea de cada etapa del proceso
La mezcla a ser destilada pasa por un equilibrio liacutequido ndash vapor teniendo como
variables a la presioacuten temperatura y volatilidad relativa El equilibrio liacutequido ndash vapor se
puede realizar a una presioacuten constante o temperatura constante
Las operaciones de una sola etapa de destilacioacuten se llamada tambieacuten evaporacioacuten
instantaacutenea en el que se detalla la condensacioacuten parcial de una mezcla y de un
sistema de multicomponentes para soluciones ideales
Si solo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten infinitesimal del liacutequido cada vez
se tendraacute como resultado neto una destilacioacuten diferencial o sencilla Una mezcla
binaria durante el desarrollo de la destilacioacuten llegara a un balance de materia al
condensarse lentamente en condiciones de equilibrio teniendo una volatilidad relativa
promedio
Es posible separar mediante la rectificacioacuten continua la solucioacuten de sus componentes y
recuperar cada componente en el estado de pureza que se desee La operacioacuten de
destilacioacuten fraccionada se veraacute desde el balance de entalpia y teniendo las torres de
varias etapas (platos) se desarrollara el meacutetodo de Poncchon y Savarit para el caso en
que se tengan perdidas despreciables de calor el meacutetodo de McCabe ndash Thile es
menos riguroso que el de Ponchon y Savarit puesto que no requiere datos detallados
de entalpia
La destilacioacuten con agua separa componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en
maacutes de 70degC la destilacioacuten con vapor separa compuestos de punto de ebullicioacuten alto
que se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten la destilacioacuten con vapor y
IV
agua es utilizado en el caso de que los productos sean alterados durante la ebullicioacuten
prolongada y la destilacioacuten al vaciacuteo es utilizada para destilar sustancias a temperaturas
por debajo de su punto normal de ebullicioacuten cuando mayor es el grado de vaciacuteo
menor es la temperatura de destilacioacuten
Algunos equipos utilizados para la destilacioacuten son el alambique y falca muy usados en
el Pisco tambieacuten el destilador de paso corto giratorio utilizado en una destilacioacuten al
vaciacuteo en pequentildeas cantidades dentro de sus cualidades realiza evaporacioacuten de
solventes sublimacioacuten separacioacuten de liacutequidos y una destilacioacuten fraccionada
El equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor principalmente utilizado para aislar el
aceite esencial de un producto natural aquiacute se detalla tres meacutetodos de destilacioacuten con
arrastre con vapor extraccioacuten continua en Soxhlet y extraccioacuten directa a reflujo
La destilacioacuten se aplica en la industria de alimentos en varios productos para el
presente trabajo se mencionara los aceites esenciales aacutecido laacutectico y bebidas
alcohoacutelicas como whisky vodka ron brandy o cognac tequila oke NG KA PV
licores aguardientes aromaacuteticos y pisco
Tambieacuten se desarrolla dos temas liacutepidos y procedimientos de control de calidad como
temas adicionales
V
INDICE DE CUADROS
DESTILACIOacuteN
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten 35
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio 42
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor 43
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno 43
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno 44
Cuadro 6 Material adicional 44
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten 44
LIacutePIDOS
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos 55
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados 60
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados 61
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales 62
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos 72
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
I
DEDICATORIA
A Dios por ensentildearme todo lo
necesario para ser feliz
A mi Madre y Padre que sin su apoyo
moral y econoacutemico hacen posible cada
eacutexito
A mi hermano por ser maacutes que un
hermano un amigo un consejero y un
protector
II
AGRADECIMIENTO
A Dios por darme todas las
oportunidades y mi Familia por
permitirme aprovechar estas
oportunidades
A los profesores por impartirme sus
conocimientos que me permiten llegar a
este momento
A la Universidad Nacional de San
Agustiacuten que ha hecho de miacute una
profesional
III
PRESENTACIOacuteN
El presente trabajo de tesis consta de la investigacioacuten bibliograacutefica de la destilacioacuten
aplicada en la industria alimentaria los conceptos desarrollados estaacuten enfocados en
los caacutelculos de ingenieriacutea de cada etapa del proceso
La mezcla a ser destilada pasa por un equilibrio liacutequido ndash vapor teniendo como
variables a la presioacuten temperatura y volatilidad relativa El equilibrio liacutequido ndash vapor se
puede realizar a una presioacuten constante o temperatura constante
Las operaciones de una sola etapa de destilacioacuten se llamada tambieacuten evaporacioacuten
instantaacutenea en el que se detalla la condensacioacuten parcial de una mezcla y de un
sistema de multicomponentes para soluciones ideales
Si solo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten infinitesimal del liacutequido cada vez
se tendraacute como resultado neto una destilacioacuten diferencial o sencilla Una mezcla
binaria durante el desarrollo de la destilacioacuten llegara a un balance de materia al
condensarse lentamente en condiciones de equilibrio teniendo una volatilidad relativa
promedio
Es posible separar mediante la rectificacioacuten continua la solucioacuten de sus componentes y
recuperar cada componente en el estado de pureza que se desee La operacioacuten de
destilacioacuten fraccionada se veraacute desde el balance de entalpia y teniendo las torres de
varias etapas (platos) se desarrollara el meacutetodo de Poncchon y Savarit para el caso en
que se tengan perdidas despreciables de calor el meacutetodo de McCabe ndash Thile es
menos riguroso que el de Ponchon y Savarit puesto que no requiere datos detallados
de entalpia
La destilacioacuten con agua separa componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en
maacutes de 70degC la destilacioacuten con vapor separa compuestos de punto de ebullicioacuten alto
que se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten la destilacioacuten con vapor y
IV
agua es utilizado en el caso de que los productos sean alterados durante la ebullicioacuten
prolongada y la destilacioacuten al vaciacuteo es utilizada para destilar sustancias a temperaturas
por debajo de su punto normal de ebullicioacuten cuando mayor es el grado de vaciacuteo
menor es la temperatura de destilacioacuten
Algunos equipos utilizados para la destilacioacuten son el alambique y falca muy usados en
el Pisco tambieacuten el destilador de paso corto giratorio utilizado en una destilacioacuten al
vaciacuteo en pequentildeas cantidades dentro de sus cualidades realiza evaporacioacuten de
solventes sublimacioacuten separacioacuten de liacutequidos y una destilacioacuten fraccionada
El equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor principalmente utilizado para aislar el
aceite esencial de un producto natural aquiacute se detalla tres meacutetodos de destilacioacuten con
arrastre con vapor extraccioacuten continua en Soxhlet y extraccioacuten directa a reflujo
La destilacioacuten se aplica en la industria de alimentos en varios productos para el
presente trabajo se mencionara los aceites esenciales aacutecido laacutectico y bebidas
alcohoacutelicas como whisky vodka ron brandy o cognac tequila oke NG KA PV
licores aguardientes aromaacuteticos y pisco
Tambieacuten se desarrolla dos temas liacutepidos y procedimientos de control de calidad como
temas adicionales
V
INDICE DE CUADROS
DESTILACIOacuteN
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten 35
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio 42
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor 43
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno 43
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno 44
Cuadro 6 Material adicional 44
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten 44
LIacutePIDOS
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos 55
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados 60
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados 61
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales 62
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos 72
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
II
AGRADECIMIENTO
A Dios por darme todas las
oportunidades y mi Familia por
permitirme aprovechar estas
oportunidades
A los profesores por impartirme sus
conocimientos que me permiten llegar a
este momento
A la Universidad Nacional de San
Agustiacuten que ha hecho de miacute una
profesional
III
PRESENTACIOacuteN
El presente trabajo de tesis consta de la investigacioacuten bibliograacutefica de la destilacioacuten
aplicada en la industria alimentaria los conceptos desarrollados estaacuten enfocados en
los caacutelculos de ingenieriacutea de cada etapa del proceso
La mezcla a ser destilada pasa por un equilibrio liacutequido ndash vapor teniendo como
variables a la presioacuten temperatura y volatilidad relativa El equilibrio liacutequido ndash vapor se
puede realizar a una presioacuten constante o temperatura constante
Las operaciones de una sola etapa de destilacioacuten se llamada tambieacuten evaporacioacuten
instantaacutenea en el que se detalla la condensacioacuten parcial de una mezcla y de un
sistema de multicomponentes para soluciones ideales
Si solo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten infinitesimal del liacutequido cada vez
se tendraacute como resultado neto una destilacioacuten diferencial o sencilla Una mezcla
binaria durante el desarrollo de la destilacioacuten llegara a un balance de materia al
condensarse lentamente en condiciones de equilibrio teniendo una volatilidad relativa
promedio
Es posible separar mediante la rectificacioacuten continua la solucioacuten de sus componentes y
recuperar cada componente en el estado de pureza que se desee La operacioacuten de
destilacioacuten fraccionada se veraacute desde el balance de entalpia y teniendo las torres de
varias etapas (platos) se desarrollara el meacutetodo de Poncchon y Savarit para el caso en
que se tengan perdidas despreciables de calor el meacutetodo de McCabe ndash Thile es
menos riguroso que el de Ponchon y Savarit puesto que no requiere datos detallados
de entalpia
La destilacioacuten con agua separa componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en
maacutes de 70degC la destilacioacuten con vapor separa compuestos de punto de ebullicioacuten alto
que se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten la destilacioacuten con vapor y
IV
agua es utilizado en el caso de que los productos sean alterados durante la ebullicioacuten
prolongada y la destilacioacuten al vaciacuteo es utilizada para destilar sustancias a temperaturas
por debajo de su punto normal de ebullicioacuten cuando mayor es el grado de vaciacuteo
menor es la temperatura de destilacioacuten
Algunos equipos utilizados para la destilacioacuten son el alambique y falca muy usados en
el Pisco tambieacuten el destilador de paso corto giratorio utilizado en una destilacioacuten al
vaciacuteo en pequentildeas cantidades dentro de sus cualidades realiza evaporacioacuten de
solventes sublimacioacuten separacioacuten de liacutequidos y una destilacioacuten fraccionada
El equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor principalmente utilizado para aislar el
aceite esencial de un producto natural aquiacute se detalla tres meacutetodos de destilacioacuten con
arrastre con vapor extraccioacuten continua en Soxhlet y extraccioacuten directa a reflujo
La destilacioacuten se aplica en la industria de alimentos en varios productos para el
presente trabajo se mencionara los aceites esenciales aacutecido laacutectico y bebidas
alcohoacutelicas como whisky vodka ron brandy o cognac tequila oke NG KA PV
licores aguardientes aromaacuteticos y pisco
Tambieacuten se desarrolla dos temas liacutepidos y procedimientos de control de calidad como
temas adicionales
V
INDICE DE CUADROS
DESTILACIOacuteN
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten 35
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio 42
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor 43
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno 43
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno 44
Cuadro 6 Material adicional 44
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten 44
LIacutePIDOS
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos 55
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados 60
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados 61
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales 62
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos 72
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
III
PRESENTACIOacuteN
El presente trabajo de tesis consta de la investigacioacuten bibliograacutefica de la destilacioacuten
aplicada en la industria alimentaria los conceptos desarrollados estaacuten enfocados en
los caacutelculos de ingenieriacutea de cada etapa del proceso
La mezcla a ser destilada pasa por un equilibrio liacutequido ndash vapor teniendo como
variables a la presioacuten temperatura y volatilidad relativa El equilibrio liacutequido ndash vapor se
puede realizar a una presioacuten constante o temperatura constante
Las operaciones de una sola etapa de destilacioacuten se llamada tambieacuten evaporacioacuten
instantaacutenea en el que se detalla la condensacioacuten parcial de una mezcla y de un
sistema de multicomponentes para soluciones ideales
Si solo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten infinitesimal del liacutequido cada vez
se tendraacute como resultado neto una destilacioacuten diferencial o sencilla Una mezcla
binaria durante el desarrollo de la destilacioacuten llegara a un balance de materia al
condensarse lentamente en condiciones de equilibrio teniendo una volatilidad relativa
promedio
Es posible separar mediante la rectificacioacuten continua la solucioacuten de sus componentes y
recuperar cada componente en el estado de pureza que se desee La operacioacuten de
destilacioacuten fraccionada se veraacute desde el balance de entalpia y teniendo las torres de
varias etapas (platos) se desarrollara el meacutetodo de Poncchon y Savarit para el caso en
que se tengan perdidas despreciables de calor el meacutetodo de McCabe ndash Thile es
menos riguroso que el de Ponchon y Savarit puesto que no requiere datos detallados
de entalpia
La destilacioacuten con agua separa componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en
maacutes de 70degC la destilacioacuten con vapor separa compuestos de punto de ebullicioacuten alto
que se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten la destilacioacuten con vapor y
IV
agua es utilizado en el caso de que los productos sean alterados durante la ebullicioacuten
prolongada y la destilacioacuten al vaciacuteo es utilizada para destilar sustancias a temperaturas
por debajo de su punto normal de ebullicioacuten cuando mayor es el grado de vaciacuteo
menor es la temperatura de destilacioacuten
Algunos equipos utilizados para la destilacioacuten son el alambique y falca muy usados en
el Pisco tambieacuten el destilador de paso corto giratorio utilizado en una destilacioacuten al
vaciacuteo en pequentildeas cantidades dentro de sus cualidades realiza evaporacioacuten de
solventes sublimacioacuten separacioacuten de liacutequidos y una destilacioacuten fraccionada
El equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor principalmente utilizado para aislar el
aceite esencial de un producto natural aquiacute se detalla tres meacutetodos de destilacioacuten con
arrastre con vapor extraccioacuten continua en Soxhlet y extraccioacuten directa a reflujo
La destilacioacuten se aplica en la industria de alimentos en varios productos para el
presente trabajo se mencionara los aceites esenciales aacutecido laacutectico y bebidas
alcohoacutelicas como whisky vodka ron brandy o cognac tequila oke NG KA PV
licores aguardientes aromaacuteticos y pisco
Tambieacuten se desarrolla dos temas liacutepidos y procedimientos de control de calidad como
temas adicionales
V
INDICE DE CUADROS
DESTILACIOacuteN
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten 35
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio 42
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor 43
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno 43
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno 44
Cuadro 6 Material adicional 44
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten 44
LIacutePIDOS
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos 55
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados 60
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados 61
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales 62
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos 72
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
IV
agua es utilizado en el caso de que los productos sean alterados durante la ebullicioacuten
prolongada y la destilacioacuten al vaciacuteo es utilizada para destilar sustancias a temperaturas
por debajo de su punto normal de ebullicioacuten cuando mayor es el grado de vaciacuteo
menor es la temperatura de destilacioacuten
Algunos equipos utilizados para la destilacioacuten son el alambique y falca muy usados en
el Pisco tambieacuten el destilador de paso corto giratorio utilizado en una destilacioacuten al
vaciacuteo en pequentildeas cantidades dentro de sus cualidades realiza evaporacioacuten de
solventes sublimacioacuten separacioacuten de liacutequidos y una destilacioacuten fraccionada
El equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor principalmente utilizado para aislar el
aceite esencial de un producto natural aquiacute se detalla tres meacutetodos de destilacioacuten con
arrastre con vapor extraccioacuten continua en Soxhlet y extraccioacuten directa a reflujo
La destilacioacuten se aplica en la industria de alimentos en varios productos para el
presente trabajo se mencionara los aceites esenciales aacutecido laacutectico y bebidas
alcohoacutelicas como whisky vodka ron brandy o cognac tequila oke NG KA PV
licores aguardientes aromaacuteticos y pisco
Tambieacuten se desarrolla dos temas liacutepidos y procedimientos de control de calidad como
temas adicionales
V
INDICE DE CUADROS
DESTILACIOacuteN
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten 35
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio 42
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor 43
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno 43
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno 44
Cuadro 6 Material adicional 44
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten 44
LIacutePIDOS
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos 55
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados 60
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados 61
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales 62
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos 72
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
V
INDICE DE CUADROS
DESTILACIOacuteN
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten 35
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio 42
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor 43
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno 43
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno 44
Cuadro 6 Material adicional 44
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten 44
LIacutePIDOS
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos 55
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados 60
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados 61
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales 62
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos 72
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
VI
INDICE DE FIGURAS
DESTILACION
Figura 1 Flujograma de transferencia de masa 2
Figura 2 Equilibrios binarios vapor ndash liacutequido 4
Figura 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor ndash liacutequido 4
Figura 4 Equilibrios vapor ndash liacutequido a presiones aumentadas 6
Figura 5 Equilibrios a temperatura constante vapor ndash liacutequido 7
Figura 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua 8
Figura 7 Evaporacioacuten instantaacutenea 9
Figura 8 Olla de destilacioacuten por lotes 12
Figura 9 Balance de materia y entalpia de un fraccionador 17
Figura 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja 21
Figura 11 Condensador parcial 23
Figura 12 Seccioacuten de agotamiento 26
Figura 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y un
condensador total 27
Figura 14 Seccioacuten de enriquecimiento 31
Figura 15 Seccioacuten de agotamiento 32
Figura 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten 33
Figura 17 Localizacioacuten de la liacutenea 119902 para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten 36
Figura 18 Partes de un alambique de cobre 38
Figura 19 Detalle de un alambique 39
Figura 20 Partes de una falca 40
Figura 21 Destilador de paso corto giratorio ndash vista lateral 41
VII
Figura 22 Destilador de paso corto giratorio ndash vista frontal 42
Figura 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor 45
Figura 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua con Soxhet 46
Figura 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo 47
LIacutePIDOS
Figura 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3 59
Figura 27 Aacutecido linoleico Omega 6 59
Figura 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa linoleacutenico
(ALA) 63
Figura 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AAEPA y DHA 63
Figura 30 Estructura molecular ndash Isomeriacutea de los aacutecidos grasos 65
Figura 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico 65
Figura 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina 68
Figura 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten (1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional 80
Figura 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres metiacutelicos
de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y linoleacutenico
(iy=2604) 88
Figura 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos 90
Figura 36 Curva de oxidacioacuten de un aceite 94
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Figura 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten 98
Figura 38 Graacutefica de y R de datos preliminares y su correspondiente control de
ensayo 106
Figura 39 Liacutemites de pruebas de control y liacutemites de control revisados para graacuteficas X
y R 109
Figura 40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control 110
VIII
Figura 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de
control 118
Figura 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo 123
Figura 43 Liacutemites de control y fraccioacuten de no conformidad a los primeros tres diacuteas
laborales de mayo 125
Figura 44 Graacutefica de control del nuacutemero de no conformidades (graacutefica c) utilizando los
datos preliminares 129
Figura 45 Graacutefica c de las no conformidades presentes en una lata por concepto de
imperfecciones 132
Figura 46 Iacutendice de capacidad 119862119901 = 1 134
Figura 47 Iacutendice de capacidad 119862119901 gt 1 135
Figura 48 Iacutendice de capacidad 119862119901 lt 1 135
IX
INDICE DE TABLAS
PROCESOS DE CONTROL DE CALIDAD
Tabla 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico y R (miliacutemetros) 103
Tabla 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante 115
Tabla 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo variable 121
Tabla 4 Resultados de inspeccioacuten para 3 4 y 5 de mayo 124
Tabla 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en
latas de gaseosas 128
X
INDICE
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO II
PRESENTACIOacuteN III
INDICE DE CUADROS V
INDICE DE FIGURAS VI
INDICE DE TABLAS IX
INDICE X
RESUMEN XIII
ABSTRACT XV
CAPITULO I 1
REVISION BIBLIOGRAFICA 1
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
1
11 INTRODUCCIOacuteN 1
12 OBJETIVO 1
13 JUSTIFICACIOacuteN 2
14 MARCO TEORICO 2
141 EQUILIBRIO LIacuteQUIDO VAPOR helliphelliphelliphellip 2
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN ndash TEMPERATURA ndash
CONCENTRACIOacuteNhellip 3
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN
CONSTANTEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1413 VOLATILIDAD RELATIVA 6
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA 6
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE 7
142 OPERACIONES DE UNA SOLA ETAPA ndash EVAPORACIOacuteN
INSTANTANEA 8
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL 10
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 10
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA 12
1431 MEZCLAS BINARIAS 13
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL 14
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE 14
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES
IDEALES 15
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA- MEZCLAS BINARIAS 15
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA 15
1442 BALANCE DE ENTALPIA TOTAL 17
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS) 19
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT 19
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE ndash THILE 28
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA 36
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR 36
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA 37
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO 37
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteNN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS 37
XI
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA 37
1511 EL ALAMBIQUE 38
1512 LA FALCA 39
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO 40
1521 VIDRIERIA 42
153 DESTILACIOacuteN POR ARRATRE CON VAPOR Y OTROS
MEacuteTODOS DE AISLAMIENTO 42
1531 OBJETIVOS 42
1532 MATERIAL 43
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
(EQUIPO PARA DOS ALUMNOS) 43
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A
UN ALUMNO 43
15323 MATERIAL ADICIONAL 44
1533 SUSTANCIA 44
1534 INFORMACIOacuteN 44
1535 PROCEDIMIENTO 45
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE
CON VAPOR helliphellip 45
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN
SOXHLET 46
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A
REFLUJO 47
1536 NOTAS 48
1537 CONCLUSIONES 48
1538 ANTECEDENTES 48
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
49
161 ACEITES ESENCIALES 49
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES 49
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO 49
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS 50
1631 WHISKY 51
1632 VODKA 51
1633 RON 51
1634 BRANDY O COGNAC 51
1635 TEQUILA 51
1636 OKE (OKELEAO) 52
1637 NG KA PV 52
1638 LICORES 52
1639 AGUARDIENTES AROMATICOS 52
16310 PISCO 52
2 LIPIDOS 54
21 INTRODUCCIOacuteN 54
22 JUSTIFICACIOacuteN 54
23 MARCO TEORICO 55
231 LIacutePIDOS 55
2311 CLASIFICACIOacuteN 55
2312 AacuteCIDOS GRASOS 56
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 57
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 59
XII
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES 62
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS 64
2313 ACILGLICEacuteRIDOS 66
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS 66
23132 TRIACILGLICERIDOS 67
2314 ACEITES Y GRASAS 69
23141 COMPOSICIOacuteN 70
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS 73
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES 74
2315 CERAS 74
2316 FOSFOLIacutePIDOS 75
2317 ESTEROLES 76
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS
ACEITES Y GRASAS 77
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS 79
23191 PLASTICIDAD 79
23192 POLIMORFISMO 79
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS 80
231101 HIDROGENACIOacuteN 80
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN 82
231103 WINTERIZACIOacuteN 83
231104 ACETILACIOacuteN 84
231105 SAPONIFICACIOacuteN 84
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS 86
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA 86
231112 OXIDACIOacuteN 87
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 95
31 INTRODUCCIOacuteN 95
32 JUSTIFICACIOacuteN 95
33 MARCO TEORICO 96
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN 96
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN 96
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD 97
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES 97
33311 TECNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE
CONTROL POR VARIABLES 99
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO 110
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL 110
33322 PROCESO QUE ESTA FUERA DE CONTROL 110
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS 111
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE
UNIDADES NO CONFORMES (GRAacuteFICA P) 111
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES CONSTANTE
113
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO
EL TAMANtildeO DEL SUBGRUPO ES VARIABLE 119
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAacuteFICA C) 126
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C 127
334 CAPACIDAD DEL PROCESO 132
XIII
3341 INTERPRETACIOacuteN DEL 119862119901 134
CAPIacuteTULO II 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 138
II1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN 138
II2 LIacutePIDOS 138
II3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD 139
BIBLIOGRAFIA 140
ANEXOS 142
XIV
RESUMEN
La destilacioacuten es altamente usada en la Industria Alimentaria como una operacioacuten de
transferencia de masa Sus aplicaciones ya existen como procesos de obtencioacuten de
alcoholes aceites esenciales en la industria cervecera y procesos de laboratorio
El proceso de destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa en la que
una mezcla es calentada hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el liacutequido
maacutes volaacutetil comienza a desprenderse
Para llegar a tener el conocimiento de la ingenieriacutea aplicada en este proceso es
necesario comprender los equilibrios existentes entre la fase vapor y liacutequido de las
mezclas encontradas
Dentro de proceso de destilacioacuten las operaciones de una sola etapa o evaporacioacuten
instantaacutenea se evapora una mezcla liacutequida donde el vapor y el liacutequido residual alcance
el equilibrio separaacutendose y eliminando la fase vapor y liacutequido resultante para esto se
realiza un balance de materia y entalpia
En la destilacioacuten diferencial o sencilla solo se evaporiza instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal sucesiva de un liacutequido se realiza un balance de materia para la mezcla
binaria en la condensacioacuten diferencial y la volatilidad relativa Permite conocer a traveacutes
de la ingenieriacutea cuales son los cambios de las fracciones molares del componente
volaacutetil y la eficiencia de cada componente
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de destilacioacuten a
contracorriente en varias etapas para este procedimiento de destilacioacuten se realiza un
balance de materia y entalpiacutea de un fraccionador tambieacuten se describe el meacutetodo de
Ponchon y Savarit y el meacutetodo de Mc Cabe-Thile que se aplican en torres de varias
etapas platos)
XV
Se menciona tambieacuten en este punto cuatro meacutetodos de destilacioacuten la destilacioacuten con
agua destilacioacuten con vapor destilacioacuten con vapor y agua y destilacioacuten al vaciacuteo estos
cuatro meacutetodos de destilacioacuten son los maacutes utilizados en la industria alimentaria y
farmaceacuteutica no requieren una implementacioacuten excesiva y son muy efectivos en los
resultados
Los equipos de destilacioacuten utilizados en la industria alimentaria se utilizan en relacioacuten
al proceso y cantidad producto a obtener como el alambique y la falca muy utilizados
en la industria del pisco dentro de los equipos maacutes innovadores es el destilador de
paso corto giratorio utilizado en destilacioacuten al vaciacuteo y destilacioacuten fraccionada y el
equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor muy utilizado para la extraccioacuten de aceites
esenciales
La aplicacioacuten de la destilacioacuten en la industria alimentaria se desarrolla maacutes para la
industria de bebidas alcohoacutelicas como el whisky vodka ron brandy o cognac tequila
oke NG KA PV licores aguardientes aromaacuteticos y nuestro producto bandera el pisco
asiacute tambieacuten aplicado en aceites esenciales y aacutecido laacutectico de uso alimentario
Palabras clave Ingenieriacutea Destilacioacuten Transferencia de masa Evaporizacioacuten Vapor
Agua Equipos Aplicacioacuten
XVI
ABSTRACT
Distillation is highly used in the Food Industry as a mass transfer operation Its
applications already exist as processes for obtaining alcohols essential oils in the beer
industry and laboratory processes
The distillation process is a basic mass transfer operation in which a mixture is heated
until the temperature reaches a point such that the most volatile liquid begins to
release
To get to have the knowledge of the engineering applied in this process it is necessary
to understand the balances between the vapor and liquid phase of the mixtures found
Within the distillation process the operations of a single stage or instant evaporation
evaporates a liquid mixture where the vapor and the residual liquid reach equilibrium
separating and eliminating the resulting vapor and liquid phase for this a balance of
matter and enthalpy is performed
In differential or simple distillation only a successive infinitesimal portion of a liquid is
instantly evaporated a balance of matter is performed for the binary mixture in the
differential condensation and relative volatility It allows to know through engineering
what are the changes of the molar fractions of the volatile component and the efficiency
of each component
Continuous rectification or fractionation is a multi-stage countercurrent distillation
operation for this distillation procedure a balance of matter and enthalpy of a
fractionator is performed the Ponchon and Savarit method and the Mc Cabe method
are also described Thile that are applied in multi-stage towers dishes)
Four distillation methods water distillation steam distillation steam and water
distillation and vacuum distillation are also mentioned here These four distillation
XVII
methods are the most used in the food and pharmaceutical industry do not require
excessive implementation and are very effective in the results
Distillation equipment used in the food industry is used in relation to the process and
quantity of product to be obtained such as stills and falca that are widely used in the
pisco industry Among the most innovative equipment is the rotary short-pass distiller
used in vacuum distillation and fractional distillation and steam traction distillation
equipment widely used for the extraction of essential oils
The application of distillation in the food industry is developed more for the alcoholic
beverage industry such as whiskey vodka rum brandy or cognac tequila oke NG KA
PV liquors aromatic spirits and our flagship product pisco as well also applied in
essential oils and lactic acid for food use
Keywords Engineering Distillation Mass transfer Evaporation Steam Water
Equipment Application
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUFICIENCIA PROFESIONAL
DESTILACIOacuteN CONCEPTOS EQUIPOS Y APLICACIONES
Presentado por la bachiller
MINAYA PINTO MILAGROS MARLENI
Para optar el Tiacutetulo Profesional de
INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL SIGUIENTE JURADO
MIEMBRO DE JURADO
Ing Willian Heredia Pentildea PRESIDENTE
Ing Antonio Durand Gaacutemez
SECRETARIA
Ing Teresa Tejada Purizaca
1
CAPIacuteTULO I
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
1 INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
11 INTRODUCCIOacuteN
La destilacioacuten es una operacioacuten baacutesica de transferencia de masa de
equilibrio gasndashliacutequido el cual permite separar los componentes de una
solucioacuten Depende de la distribucioacuten de las sustancias entre una fase
gaseosa y una liacutequida y se aplica a los casos en que todos los
componentes estaacuten presentes en las dos fases En vez de introducir una
nueva sustancia en la mezcla con el fin de obtener la segunda fase
(como se hace en la absorcioacuten o desorcioacuten de gases) la nueva fase se
crea por evaporacioacuten o condensacioacuten a partir de la solucioacuten original
La destilacioacuten se refiere a separar soluciones en que todos los
componentes son apreciablemente volaacutetiles A esta categoriacutea
corresponde la separacioacuten de los componentes de una solucioacuten liacutequida
de amoniaco y agua Si la solucioacuten de amoniaco en agua se pone en
contacto con aire el cual es baacutesicamente insoluble en el liacutequido el
amoniaco puede desorberse pero entonces el amoniacuteaco no se obtiene
de forma pura porque se mezcla con el vapor de agua y el aire
En la destilacioacuten la nueva fase difiere de la original por su contenido
caloriacutefico pero el calor se incrementa o se elimina sin dificultad por
supuesto debe considerarse inevitablemente el costo de aumentarlo o
eliminarlo El gas que puede crearse a partir de un liacutequido mediante la
aplicacioacuten de calor consta inevitablemente soacutelo de los componentes
que se encuentran en el liacutequido Por lo tanto ya que el gas es
quiacutemicamente muy similar al liacutequido el cambio de composicioacuten resultante
por distribuir los componentes entre las dos fases generalmente no es
muy grande Es maacutes en algunos casos el cambio de composicioacuten es tan
pequentildeo que el proceso no es praacutectico maacutes auacuten puede suceder que no
haya ninguacuten cambio en la composicioacuten
No obstante la separacioacuten directa que comuacutenmente es posible por
destilacioacuten en productos puros que no requieren procesamiento
posterior tal vez ha hecho de eacutesta la maacutes importante de todas las
operaciones de transferencia de masa
12 OBJETIVO
Investigar la bibliografiacutea existente del proceso de destilacioacuten desde su
ingenieriacutea equipos y aplicaciones en la industria alimentaria
2
13 JUSTIFICACIOacuteN
La ingenieriacutea de la destilacioacuten permite conocer los diferentes aspectos de
transferencia de masa que permiten optimizar los procesos de
destilacioacuten favoreciendo aspectos de rendimiento y caracteriacutesticas
organoleacutepticas del producto vieacutendose reflejado estos resultados en
aspectos de productividad y calidad del producto terminado permitiendo
darle mayor valor agregado
14 MARCO TEORICO
Whitten (1992) indica que en el proceso de destilacioacuten la mezcla se
calienta con lentitud hasta que la temperatura alcanza un punto tal que el
liacutequido maacutes volaacutetil comienza a desprenderse Si este componente es
liacutequido en condiciones ordinarias podraacute condensarse en una columna de
condensacioacuten enfriada por agua o refrigeracioacuten para ser recolectado
como destilado
Brown e Islip (1954) en la destilacioacuten el constituyente de menos punto de
ebullicioacuten que es el maacutes volaacutetil es el predominante pero mientras
procede la destilacioacuten seraacute seguida por el constituyente de mayor
ebullicioacuten en orden de volatilidad
Fig 1 Flujograma de transferencia de masa
141 EQUILIBRIO VAPOR-LIacuteQUIDO
Los meacutetodos de destilacioacuten se aplicaraacuten con eacutexito si se comprenden los
equilibrios que existen entre la fase vapor y liacutequido de las mezclas
encontradas Por lo tanto es esencial un breve anaacutelisis de dichos
equilibrios
3
1411 DIAGRAMA DE FASES PRESIOacuteN-TEMPERATURA-
CONCENTRACIOacuteN
Inicialmente se van a considerar las mezclas binarias las cuales seraacute
llamadas ldquoordinariasrdquo para indicar
(a) Que los componentes liacutequidos se disuelven en cualquier
proporcioacuten para formar soluciones homogeacuteneas las cuales no son
necesariamente ideales y
(b) Que no hay complicacioacuten alguna de puntos de ebullicioacuten maacuteximos
o miacutenimos El componente A de la mezcla binaria A-B se
consideraraacute como el maacutes volaacutetil esto significa que la presioacuten de
vapor de A puro a cualquier temperatura es mayor que la presioacuten
de vapor B puro Por supuesto el equilibrio entre vapor-liacutequido
para cada sustancia pura de la mezcla es su relacioacuten entre la
presioacuten de vapor y la temperatura
Respecto de las mezclas binarias se debe tambieacuten considerar una
variable adicional la concentracioacuten Las fracciones mol son las
unidades maacutes convenientes de concentracioacuten que pueden utilizarse
durante todo este anaacutelisis x seraacute la fraccioacuten mol de la sustancia maacutes
volaacutetil A en el liacutequido y y la correspondiente fraccioacuten mol en el
equilibrio de A en el vapor
La representacioacuten graacutefica completa del equilibrio requiere un
diagrama tridimensional como el de la figura 2 La curva sentildealada PA
es la curva de presioacuten de vapor de A cae completamente en el plano
de composicioacuten maacutes cercano a x=10 La curva se extiende desde su
punto criacutetico CA hasta su punto triple TA pero las complicaciones de
la fase soacutelida que no intervienen en las operaciones de destilacioacuten no
se van a considerar De manera parecida la curva PB es la presioacuten
de vapor de B puro en el plano maacutes lejano a x=0 Las regiones del
liacutequido y del vapor en las composiciones entre x = 0 y 10 estaacuten
separadas por una superficie doble que se extiende desde PA hasta
PB La forma de esta superficie doble se estudia maacutes faacutecilmente
considerando secciones a presiones y temperaturas constantes
ejemplos de los cuales se muestran en la figura 2
4
Fig 2 Equilibrios binarios vapor - liacutequido
1412 EQUILIBRIO A PRESIOacuteN CONSTANTE
Consideacuterese primero una seccioacuten tiacutepica a presioacuten constante (figura
3a) La interseccioacuten de la superficie doble de la figura 2 con el plano
de presioacuten constante produce una curva sin maacuteximos o miacutenimos que
se extiende desde el punto de ebullicioacuten de B puro hasta el de A puro
a la presioacuten considerada La curva superior proporciona la relacioacuten
entre la temperatura y la composicioacuten del vapor (t-y) la curva
inferior la relacioacuten entre la temperatura y la composicioacuten del liacutequido
(t-x) Las mezclas de liacutequido y vapor en el equilibrio estaacuten a la misma
temperatura y presioacuten de forma que las liacuteneas de unioacuten como la
liacutenea DF unen las mezclas en el equilibrio en D y F Hay un nuacutemero
infinito de dichas liacuteneas de unioacuten para este diagrama Una mezcla en
la curva inferior como en el punto D es un liacutequido saturado una
mezcla en la curva superior como en F es un vapor saturado Una
Fig 3 Equilibrios a presioacuten constante vapor-liacutequido
5
mezcla en E es una mezcla de dos fases que consta de una fase
liacutequida de composicioacuten D y una fase vapor de composicioacuten en F en
proporcioacuten tal que la composicioacuten promedio de toda la mezcla se
representa mediante E Las cantidades relativas de las dos fases en
el equilibrio estaacuten relacionadas con los segmentos de la liacutenea de
unioacuten
Consideacuterese una solucioacuten en G en un recipiente cerrado que puede
mantenerse a presioacuten constante moviendo un pistoacuten La solucioacuten estaacute
completamente liacutequida
Si se calienta la primera burbuja de vapor se forma en H y tiene la
composicioacuten en J maacutes rica en la sustancia maacutes volaacutetil por lo tanto la
curva inferior se llama la curva de temperatura del punto de burbuja
Al irse evaporando maacutes mezcla se forma maacutes vapor a expensas del
liacutequido se origina entonces por ejemplo el liacutequido L y su vapor en el
equilibrio K aunque la composicioacuten de la masa total es auacuten la original
como en G La uacuteltima gota del liacutequido se evapora en M y tiene la
composicioacuten en N El sobrecalentamiento de la mezcla sigue la
trayectoria MO La mezcla se ha evaporado en un rango de
temperatura desde H hasta M a diferencia de la temperatura uacutenica de
evaporacioacuten de una sustancia pura Entonces el teacutermino punto de
ebullicioacuten para una solucioacuten generalmente no tiene significado puesto
que la evaporacioacuten ocurre en un rango de temperatura esto es
desde el punto de formacioacuten de la burbuja hasta el punto de
formacioacuten de rociacuteo Si se enfriacutea la mezcla en O todos los fenoacutemenos
reaparecen en orden inverso Por ejemplo la condensacioacuten comienza
en M en donde la curva superior se conoce como la curva de punto
de rociacuteo y continuacutea hasta H
Por otra parte si una solucioacuten como la que se encuentra en H se
hierve en un recipiente abierto y sus vapores escapan hacia la
atmoacutesfera el residuo liacutequido se volveraacute cada vez maacutes pobre puesto
que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil La temperatura y
la composicioacuten del liacutequido saturado residual se mueven a los largo de
la curva inferior hacia N al continuar la destilacioacuten
Las composiciones vapor-liacutequido en el equilibrio pueden mostrarse
tambieacuten sobre un diagrama de composicioacuten (x vs Y) como en la
figura 3b Por ejemplo el punto P sobre el diagrama representa la
liacutenea de unioacuten DF Dado que el vapor es maacutes rico en la sustancia maacutes
(1)
6
volaacutetil la curva cae arriba de la diagonal 45deg que se ha trazado como
comparacioacuten
1413 VOLATILIDAD RELATIVA
Cuanto mayor es la distancia entre la curva en el equilibrio y la
diagonal de la figura 3b mayor es la diferencia en las composiciones
del liacutequido y del vapor y mayor es la facilidad para realizar la
separacioacuten por destilacioacuten Una medida numeacuterica de los anterior se
conoce como el factor de separacioacuten o particularmente en el caso de
la destilacioacuten la volatilidad relativa α Esta es la relacioacuten entre la
relacioacuten de concentraciones de A y B en una fase y en la otra y es
una medida de la posibilidad de separacioacuten
prop=119910lowast(1minus119910lowast)
119909(1minus119909)=
119910lowast(1minus119909)
119909(1minus119910lowast)
El valor de α generalmente al variar x de 0 a 01 si y = x (excepto en
x = 0 o 1) α = 10 y la separacioacuten no es posible Cuanto maacutes arriba
de la unidad esteacute α mayor seraacute el grado de separacioacuten
1414 PRESIOacuteN AUMENTADA
Por supuesto a presiones mayores las secciones a presioacuten
constante intersecaraacuten la superficie doble de la figura 2 a
temperaturas mayores Las intersecciones se pueden proyectar en un
plano sencillo como en la figura 4a
(2)
(a) (b)
Fig 4 Equilibrios vapor-liacutequido a presiones aumentadas
7
Debe observarse que las curvas anilladas no soacutelo se presentan a
temperaturas altas sino que generalmente tambieacuten se vuelven maacutes
cerradas Esto se ve claramente en las curvas de distribucioacuten
correspondientes de la figura 4b Por lo tanto la volatilidad relativa y
por ende la separabilidad generalmente son menores a presiones
elevadas Cuando se supera la presioacuten criacutetica de un componente
deja de existir la distincioacuten entre vapor y liacutequido para ese componente
y para mezclas por lo tanto las curvas anilladas se vuelven maacutes
cortas como sucede a presiones mayores de 1198751199033 que es la presioacuten
criacutetica para A en la figura Las separaciones por destilacioacuten soacutelo
pueden realizarse en la regioacuten en que exista una curva anillada
En sistemas particulares la presioacuten criacutetica de la sustancia menos
volaacutetil puede alcanzarse antes que la presioacuten criacutetica de la maacutes volaacutetil
tambieacuten es posible que la superficie doble de la figura 2 se extienda
a composiciones intermedias ligeramente maacutes allaacute de las presiones
criacuteticas para cualquiera de las sustancias
1415 EQUILIBRIOS A TEMPERATURA CONSTANTE
En la figura 5 se muestra una seccioacuten tiacutepica a temperatura constante
del diagrama de fases tridimensional La interseccioacuten del plano a
temperatura constante con la superficie doble de la figura 2
proporciona las dos curvas que se extienden sin maacuteximos ni miacutenimos
desde la presioacuten de vapor de B puro hasta la A Al igual que antes
Fig 5 Equilibrios a temperatura constante vapor - liacutequido
8
hay un nuacutemero infinito de liacuteneas de unioacuten horizontales como TV que
unen un vapor en el equilibrio como en V con su liacutequido
correspondiente como en T Una solucioacuten en W en un recipiente
cerrado es completamente un liacutequido si la presioacuten se reduce a
temperatura constante la primera burbuja de vapor se forma en U la
evaporacioacuten completa sucede en S una reduccioacuten mayor de la
presioacuten da un vapor sobrecalentando como en R
Los datos de equilibrio vapor-liacutequido excepto en el caso de las
situaciones especiales de las soluciones ideales y regulares se
deben determinar experimentalmente
142 OPERACIOacuteN DE UNA SOLA ETAPA-EVAPORACIOacuteN INSTANTANEA
La evaporacioacuten instantaacutenea o destilacioacuten en el equilibrio ndash como algunas
veces se llama - es una operacioacuten de una sola etapa en donde se
evapora parcialmente una mezcla liacutequida se permite que el vapor
alcance el equilibrio con el liacutequido residual y se separan y eliminan del
aparato las fases vapor y liacutequido resultante Puede llevarse a cabo por
lotes o en forma continua
En la figura 6 se muestra de modo esquemaacutetico un diagrama tiacutepico de
flujo para la operacioacuten continua Aquiacute el liacutequido alimentado se calienta en
un intercambiador de calor tubular tradicional o pasaacutendolo a traveacutes de los
tubos calientes de un horno de combustible Entonces se reduce la
presioacuten el vapor se forma adiabaacuteticamente a expensas del liacutequido y la
mezcla se introduce en un tanque de separacioacuten vapor ndash liacutequido El
separador que se muestra es del tipo cicloacuten en donde la alimentacioacuten se
Fig 6 Evaporacioacuten instantaacutenea continua
9
introduce tangencialmente en un espacio anular cubierto La parte liacutequida
de la mezcla se arroja mediante fuerza centriacutefuga hacia la pared externa
y sale por el fondo mientras que el vapor sube a traveacutes de la chimenea
central y sale por la parte superior Entonces el vapor puede pasar a un
condensador el cual no se muestra en la figura En particular para la
evaporacioacuten instantaacutenea de una sustancia volaacutetil a partir de una sustancia
relativamente no volaacutetil la operacioacuten en el separador puede llevarse a
cabo a presioacuten reducida pero no tan baja que el agua ordinaria de
enfriamiento no condense el producto evaporado
El producto D molestiempo maacutes rico en la sustancia maacutes volaacutetil es en
este caso totalmente un vapor El balance de materia y el de entalpia son
119865 = 119863 + 119882 (3)
119865119911119865 = 119863119910119863 + 119882119909119882 (4)
119865119867119865 + 119876 = 119863119867119863 + 119882119867119882 (5)
Resolviendo estas ecuaciones simultaacuteneamente se tiene
minus119882
119863=
119910119863 minus 119911119865
119909119882 minus 119911119865 =
119867119863 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
119867119882 minus (119867119865 + 119876 119865frasl )
Sobre el diagrama Hxy esto representa una liacutenea recta a traveacutes de los
puntos de coordenadas (HD yD) que representan a D (Hw Xw) que
representan a W y (HF + QF zF) que representa la mezcla de
alimentacioacuten despueacutes que abandona el intercambiador de calor de la
figura 6 En la parte superior de la figura 7
(6)
Fig 7 Evaporacioacuten instantaacutenea
10
Esto se muestra como la liacutenea DW Los dos miembros del lado izquierdo
de la ecuacioacuten (6) representan la liacutenea usual de operacioacuten en una sola
etapa sobre las coordenadas de distribucioacuten con pendiente negativa
como para todas las operaciones de una sola etapa (a corriente paralela)
pasando a traveacutes de las composiciones que representan a las corrientes
entrante y saliente punto F y M sobre la figura inferior Si las corrientes
efluentes estuviesen en equilibrio el dispositivo seriacutea una etapa ideal y
los productos Drsquo y Wrsquo estariacutean sobre una liacutenea de unioacuten en la figura
superior y sobre la curva en el equilibrio en N en la figura inferior El
vapor maacutes rico pero en cantidad infinitesimal es el correspondiente a P
en el punto de burbuja de la mezcla alimentada y el liacutequido maacutes pobre
tambieacuten en cantidad infinitesimal es el correspondiente a T en el punto
de rociacuteo de la mezcla alimentada Las composiciones de los productos
reales estaraacuten entre los liacutemites seguacuten el grado de evaporacioacuten de la
mezcla alimentada y la eficiencia de la etapa
1421 CONDENSACIOacuteN PARCIAL
Todas las ecuaciones se aplican igualmente bien para el caso en que
la mezcla alimentada sea un vapor y en que se tome como negativo
Q el calor eliminado en el intercambiador de calor para producir la
condensacioacuten incompleta En la parte superior de la figura 16 el
punto F es entonces o bien un vapor saturado o bien un vapor
sobrecalentado
1422 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para mezclas que al salir de una etapa ideal contienen los
componentes ABC etc la relacioacuten en el equilibrio para cualquier
componente J puede escribirse como
119910 lowast 119869 119863 = 119898119869119909119869 119908 (7)
Tambieacuten se aplica la ecuacioacuten (16) para cada uno de los
componentes combinada con la ecuacioacuten (17) tambieacuten se aplica a
cualquier componente J para una etapa ideal
119882
119863=
119898119869119909119869 119882 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119909119869 119882=
119910 lowast 119869 119863 minus 119911119869 119865
119911119869 119865 minus 119910 lowast 119869 119863119898119869
Esta ecuacioacuten proporciona la siguiente uacutetil para la evaporacioacuten en el
equilibrio
119910 lowast 119869 119863 = 119911119869 119865 (119882 119863frasl + 1)
1 + 119882 119863119898119869frasl
(8)
(9)
11
sum 119910 lowast 119863 = 10
y para la condensacioacuten
119909119869 119882 =119911119869 119865(119882 119863 + 1)frasl
119898119869 + 119882 119863frasl
sum 119909119882 = 10
Por lo tanto la ecuacioacuten (9) puede utilizarse para cada uno de los
componentes con los valores adecuados de m y zF la suma de las
yD calculada de esta forma debe ser igual a la unidad si se
escogieron las condiciones correctas de WD temperatura y presioacuten
Se utiliza una interpolacioacuten similar para las ecuaciones (11) y (12)
Estas expresiones se reducen en el liacutemite hasta el punto de burbuja
(WD = infin) y el punto de rociacuteo (WD = 0) ecuacioacuten (13) y (14)
respectivamente
119898119860119909119860 + 119898119861119909119861 + 119898119862119909119862 + ⋯ = 10
119909119894 =119910119894 120572119894119869frasl
120564(119910119894 120572119894119869frasl
Las evaporaciones instantaacuteneas sucesivas se pueden hacer sobre los
liacutequidos residuales mediante una serie de operaciones en una sola
etapa de esta manera la separacioacuten seraacute mejor que la obtenida si se
formara la misma cantidad de vapor en una sola operacioacuten Al ir
siendo menor la cantidad de vapor formado en cada etapa y mayor el
nuacutemero total de evaporaciones la operacioacuten tiende en el liacutemite a la
destilacioacuten diferencial
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
12
143 DESTILACIOacuteN DIFERENCIAL O SENCILLA
Si durante un nuacutemero infinito de evaporaciones instantaacuteneas sucesivas
de un liacutequido soacutelo se evaporase instantaacuteneamente una porcioacuten
infinitesimal del liacutequido cada vez el resultado neto seriacutea equivalente a
una destilacioacuten diferencial o sencilla
En la praacutectica esto soacutelo puede ser aproximado Un lote de liacutequido se
carga en una caldera o destilador equipado con alguacuten tipo de dispositivo
de calentamiento por ejemplo con una chaqueta de vapor como en la
figura 8 La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un
condensador tan pronto como se forman aquiacute se licuacutean y el condensado
(destilado) se almacena en el colector El aparato es baacutesicamente una
reacuteplica a gran escala de matraz y refrigerante de destilacioacuten ordinario de
laboratorio La primera porcioacuten de destilado seraacute la maacutes rica en la
sustancia maacutes volaacutetil conforme continuacutea la destilacioacuten el producto
evaporado se va empobreciendo Por lo tanto el destilado puede
recolectarse en varios lotes separados llamados ldquofraccionesrdquo se obtiene
asiacute una serie de productos destilados de diferente pureza Por ejemplo si
una mezcla ternaria contiene una pequentildea cantidad de una sustancia
muy volaacutetil A una sustancia principal de volatilidad intermedia y una
pequentildea cantidad de C de baja volatilidad la primera fraccioacuten que seraacute
pequentildea contendraacute la mayor parte de A La segunda fraccioacuten contendraacute
la mayor parte de B razonablemente puro aunque contaminado con A y
Fig 8 Olla de destilacioacuten por lotes
13
C el residuo que queda en la caldera seraacute principalmente C Aun cuando
las tres fracciones contendraacuten las tres sustancias se habraacute logrado cierta
separacioacuten
Si con una operacioacuten de este tipo se quieren lograr aun cuando sea
aproximadamente las caracteriacutesticas teoacutericas de una destilacioacuten
diferencial se tendraacute que proceder en forma infinitamente lenta para que
el valor desprendido del liacutequido esteacute en cualquier momento en equilibrio
con dicho liacutequido Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir
enfriamiento ni condensacioacuten del vapor antes de que entre en el
condensador No obstante que estas condiciones son baacutesicamente
imposibles de lograr es uacutetil estudiar los resultados limitados que produce
una destilacioacuten diferencial como estaacutendar para la comparacioacuten
1431 MEZCLAS BINARIAS
El vapor que se desprende en una destilacioacuten diferencial verdadera
estaacute en cualquier momento en equilibrio con el liacutequido del cual se
forma pero cambia continuamente de composicioacuten Por lo tanto la
aproximacioacuten matemaacutetica debe ser diferencial Supoacutengase que en
cualquier momento durante el desarrollo de la destilacioacuten hay L moles
de liacutequido en el destilador con una composicioacuten x fraccioacuten mol de A y
que se evapora una cantidad dD moles de destilado de composicioacuten
y fraccioacuten mol en equilibrio con el liacutequido Entonces se tiene el
siguiente balance de materia
Las dos uacuteltimas ecuaciones se vuelven
119910 lowast 119889119871 = 119871119889119909 + 119909119889119871
int119889119871
119871
119865
119882
= 119897119899119865
119882= int
119889119909
119910 lowast minus119909
119883119865
119883119882
en donde F son los moles cargados de composicioacuten xF y W los moles
de liacutequido residual de composicioacuten xW Esta ecuacioacuten se conoce
como la ecuacioacuten de Rayleigh puesto que Lord Rayleigh fue el
primero que la obtuvo Puede utilizarse para determinar FW xF o xW
cuando se conocen tres de ellas La integracioacuten del lado derecho de
la ecuacioacuten (26) a menos que se cuente con una relacioacuten algebraica
en el equilibrio entre y y x se lleva a cabo graacuteficamente con 1(y - X)
Materia Total Componente A
Moles entrantes 0 0
Moles salientes dD ydD
Moles acumulados dL d(Lx) = Ldx + xdL
Entrada - salida = acumulacioacuten 0 - dD = dL 0 - ydD = Ldx +xdL
(15)
(16)
14
como ordenada contra x como abscisa y determinando el aacuterea bajo la
curva entre los liacutemites indicados Los datos para lo anterior se toman
de la relacioacuten en el equilibrio vapor-liacutequido La composicioacuten
compuesta del destilado yD pr puede determinarse mediante un
sencillo balance de materia
119865119909119865 = 119863119910119863 119886119907 + 119882119909119882
1432 CONDENSACIOacuteN DIFERENCIAL
Esta es una operacioacuten similar en la cual un vapor se condensa
lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el
condensado se descarga tan raacutepidamente como se forma Como en
el caso de la destilacioacuten los resultados soacutelo pueden aproximarse en
la praacutectica Una deduccioacuten parecida a la anterior lleva a
119897119899119865
119863= int
119889119910
119910 minus 119909 lowast
119910119863
119910119865
en donde F son los moles de vapor alimentado de composicioacuten yF y
D el residuo de vapor de composicioacuten yD
1433 VOLATILIDAD RELATIVA CONSTANTE
Si la ecuacioacuten (2) puede describir la relacioacuten en el equilibrio a presioacuten
constante mediante el uso de alguna volatilidad relativa promedio α
sobre el rango considerado de concentracioacuten esta ecuacioacuten puede
sustituirse en la ecuacioacuten (16) para dar
119897119899119865
119882=
1
120572 minus 1119897119899
119909119865(1 minus 119909119882)
119909119882(1 minus 119909119865)+ 119897119899
1 minus 119909119882
1 minus 119909119865
y se puede evitar la integracioacuten graacutefica Esto puede rearreglarse en
otra forma uacutetil
119897119900119892119865119909119865
119882119909119882= 120572119897119900119892
119865(1 minus 119909119865)
119882(1 minus 119909119882)
la cual relaciona el nuacutemero de moles de A que quedan en el residuo
WxW con las moles que quedan de B W (1-xW) Es maacutes probable
que estas expresiones sean vaacutelidas para mezclas ideales para las
cuales α es casi constante
(17)
(18)
(19)
(20)
15
1434 SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES SOLUCIONES IDEALES
Para los sistemas de multicomponentes que forman soluciones
ideales la ecuacioacuten (20) puede escribirse para cualquier par de
componentes De ordinario se escoge un componente para basar las
volatilidades relativas entonces la ecuacioacuten (22) se escribe una vez
para cada uno de los demaacutes componentes Por ejemplo para la
sustancia J con volatilidad relativa basada en la sustancia B
119897119900119892119865119909119869 119865
119882119909119869 119882= 120572119869119861119897119900119892
119865119909119861 119865
119882119909119861 119882
y
sum 119909119882 = 10
de donde xJF es la fraccioacuten mol de J en la carga y xJW la del
residuo
144 RECTIFICACIOacuteN CONTINUA MEZCLAS BINARIAS
La rectificacioacuten continua o fraccionamiento es una operacioacuten de
destilacioacuten a contracorriente en varias etapas Por lo general para una
solucioacuten binaria con algunas excepciones es posible separar mediante
este meacutetodo la solucioacuten de sus componentes y recuperar cada
componente en el estado de pureza que se desee
Probablemente la rectificacioacuten es el meacutetodo de separacioacuten utilizado con
mayor frecuencia aunque es relativamente nuevo Mientras que la
destilacioacuten simple se conociacutea en el primer siglo AD y tal vez antes no
fue hasta 1830 que Aeneas Coffey de Dublin inventoacute el rectificador a
contracorriente en multietapas para destilar etanol a partir de granos
molidos fermentados La caldera estaba unida a platos y vertederos se
obteniacutea un destilado con maacutes del 95 de etanol la composicioacuten del
azeotropo Actualmente no se puede lograr nada mejor excepto
mediante meacutetodos especiales
1441 LA OPERACIOacuteN DE DESTILACIOacuteN FRACCIONADA
Como el liacutequido que sale por el fondo de un absorbedor estaacute en el
mejor de los casos en equilibrio con la mezcla de alimentacioacuten y
puede por lo tanto contener concentraciones elevadas de
componente volaacutetil los platos en los absorbedores ndash rehervidores
instalados debajo del punto de alimentacioacuten se proveiacutean con vapor
generado en un rehervidor para desorber el componente volaacutetil del
(21)
(22)
16
liacutequido Este componente entraba en el vapor a abandonaba la torre
por la parte superior La seccioacuten superior de la torre serviacutea para lavar
el gas y eliminar el componente menos volaacutetil el cual entraba en el
liacutequido y abandonaba la torre por el fondo
Lo mismo ocurriacutea en la destilacioacuten Obseacutervese la figura 8 Aquiacute la
mezcla de alimentacioacuten se introduce de modo maacutes o menos centrado
en una cascada vertical de etapas El vapor que se eleva en la
seccioacuten arriba del alimentador (llamada la seccioacuten de absorcioacuten
enriquecedora o rectificadora) se lava con el liacutequido para eliminar o
absorber el componente menos volaacutetil Como en este caso no se
agrega ninguacuten material extrantildeo como en el caso de la absorcioacuten el
liacutequido de lavado se obtiene condensando el vapor que sale por la
parte superior enriquecido con el componente maacutes volaacutetil El liacutequido
devuelto a la parte superior de la torre se llama reflujo y el material
que se elimina permanentemente es el destilado que puede ser un
vapor o un liacutequido enriquecido con el componente maacutes volaacutetil En la
seccioacuten debajo del alimentador (seccioacuten desorbedora o agotamiento)
el liacutequido se desorbe del componente volaacutetil mediante vapor que se
produce en el fondo por la evaporacioacuten parcial del liacutequido en el fondo
en el rehervidor El liacutequido eliminado enriquecido con el componente
menos volaacutetil es el residuo o fondos Dentro de la torre los liacutequidos y
los vapores siempre estaacuten en sus puntos de burbuja y de rociacuteo
respectivamente de manera que las temperaturas maacutes elevadas se
encuentran en el fondo y las menores en la parte superior Todo el
arreglo se conoce como fraccionador
Las purezas obtenidas para los dos productos separados dependen
de las relaciones liacutequidogas utilizadas debe establecerse el nuacutemero
de platos ideales suministrados por las dos secciones de la torre y la
relacioacuten entre eacutestos Sin embargo el aacuterea de la seccioacuten transversal
de la torre depende completamente de la cantidad de los materiales
que se manejen
17
1442 BALANCE DE ENTALPIacuteA TOTAL
En la figura 9 los platos ideales estaacuten numerados desde la parte
superior haciacutea abajo generalmente los subiacutendices indican el plato a
partir del cual se origina la corriente por ejemplo Ln es moles de
liacutequidotiempo que caen del plato n Una liacutenea sobre esta cantidad
indica que se refiere a la seccioacuten de la columna debajo del punto de
alimentacioacuten El producto destilado puede ser liacutequido vapor o una
mezcla Sin embargo el reflujo debe ser liacutequido La relacioacuten molar
entre el reflujo y el destilado separado es la relacioacuten de reflujo
algunas veces llamada relacioacuten de reflujo externo
119877 =1198710
119863
que se especiacutefica de acuerdo con los principios que se establezcan
posteriormente (algunas veces a la relacioacuten LG se le llama la
Fig 9 Balances de materia y entalpia de un fraccionador
(23)
18
relacioacuten de reflujo interior tambieacuten se utiliza LF para algunas
correlaciones de reflujo)
Consideacuterese el condensador entorno I (figura 9) Un balance total de
materia es
1198661 = 119863 + 1198710
o 1198661 = 119863 + 119877119863 = 119863(119877 + 1)
Para la sustancia A
11986611199101 = 119863119911119863 + 11987101199090
Las ecuaciones (24) a (26) establecen las concentraciones y
cantidades en la parte superior de la torre Un balance de entalpiacutea
entorno I
11986611198671198661 = 119876119862 + 11987101198671198710 + 119863119867119863
119876119862 = 119863[(119877 + 1)1198671198661 minus 1198771198671198710 minus 119867119863]
proporciona la carga teacutermica del condensador Entonces el calor del
rehervidor se obtiene mediante un balance completo de entalpiacutea en
todo el aparato entorno II
119876119861 = 119863119867119863 + 119882119867119882 + 119876119862 + 119876119871 minus 119865119867119865
en donde QL es la suma de todas las peacuterdidas de calor
Frecuentemente la economiacutea de calor se obtiene mediante un
intercambio de calor entre el residuo que sale como producto y que
sale de la columna en su punto de burbuja y la mezcla alimentadora
con el fin de precalentar dicha mezcla La ecuacioacuten (29) auacuten se
aplica siempre y cuando cualquier intercambiador esteacute incluido en el
entorno II
Se van a utilizar dos meacutetodos para desarrollar la relacioacuten entre los
nuacutemeros de platos las relaciones liacutequidovapor y las composiciones
del producto El primer meacutetodo el meacutetodo de Ponchon y Saravit es
riguroso y puede usarse en todos los casos pero requiere datos
detallados de entalpiacutea para poderse aplicar El segundo el meacutetodo de
McCabe Thiele una simplificacioacuten que soacutelo requiere los equilibrios de
concentracioacuten es menos riguroso pero adecuado para muchos fines
(El tratamiento de cada meacutetodo es completo en siacute mismo
independientemente del otro Con fines didaacutecticos ambos meacutetodos
pueden considerarse en cualquier orden o cualquiera de los dos
puede omitirse completamente)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(218) (218) (29)
19
1443 TORRES DE VARIAS ETAPAS (PLATOS)
14431 EL MEacuteTODO DE PONCHON Y SAVARIT
Este meacutetodo se va a desarrollar inicialmente para el caso en que se
tengan peacuterdidas despreciables de calor
A) La seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora a traveacutes del plato n
entorno III figura 9 El plato n es cualquier plato en esta seccioacuten
Los balances de materia para la seccioacuten para la materia total son
119866119899 + 1 = 119871119899 + 119863
y para el componente A
119866119899 + 1119910119899 + 1 = 119871119899119909119899 + 119863119911119863
119866119899 + 1119910119899 + 1 minus 119871119899119909119899 = 119863119911119863
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (32) representa la diferencia en el
flujo del componente A de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia
arriba Puesto que el lado derecho es constante para una
destilacioacuten dada se tiene que la diferencia o flujo neto de A hacia
arriba es constante independientemente del nuacutemero de platos en
esta seccioacuten de la torre ademaacutes es igual al flujo
permanentemente eliminado en la parte superior
Un balance de entalpiacutea entorno III con peacuterdida despreciable de
calor es
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 = 119871119899119867119871119899 + 119876120597 + 119863119867119863
Sea Qrsquo el calor eliminado en el condensador y el destilado
eliminado permanentemente por mol de destilado Entonces
119876acute =119876119862 + 119863119867119863
119863=
119876119862
119863+ 119867119863
y
119866119899 + 1119867119866119899 + 1 minus 119871119899119867119871119899 = 119863119876acute
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (35) representa la diferencia en el
flujo del calor de arriba hacia abajo o el flujo neto hacia arriba
Puesto que el lado derecho es constante para un conjunto dado
de condiciones entonces la diferencia o flujo neto de calor hacia
arriba es constante independiente del nuacutemero de platos n esta
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
20
seccioacuten de la torre e igual al flujo de calor eliminado
permanentemente en la parte superior con el destilado y en el
condensador
La eliminacioacuten de D entre las ecuaciones (30) y (31) y entre las
ecuaciones (30) y (35) da
119871119899
119866119899 + 1=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119911119863 minus 119909119899=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119876acute minus 119867119871119899
119871119899 119866119899 + 1frasl se llama la relacioacuten de reflujo interno
En el diagrama Hxy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta que pasa a traveacutes de (HGn+1 yn+1) en Gn+1 (HLn xn) en
Ln y (Qrsquo zD) en ΔD El uacuteltimo se conoce como un punto de
diferencia puesto que sus coordenadas representan diferencias
en flujos respectivos
119876acute =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886119904 119888119886119897119894119890119899119905119890119904
=119862119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119911119863 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119903119903119894119887119886 ℎ119886119888119894119886 119886119887119886119895119900
119898119900119897119890119904 119905119900119905119886119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Entonces ΔD representa una corriente ficticia de igual cantidad
que el flujo neto hacia afuera (en este caso D) y de propiedades
(Qrsquo zD) tal que
119866119899 + 1 minus 119871119899 = 120549119863
En el diagrama xy la ecuacioacuten (36) es la ecuacioacuten de una liacutenea
recta de pendiente 119871119899 119866119899 + 1frasl a traveacutes de (yn+1 xn) y y=x=zD
Estas estaacuten graficadas en la figura 10 en donde se muestran
ambos diagramas
La figura 10 se trazoacute para el caso de un condensador total En
consecuencia el destilado D y el reflujo L0 tienen coordenadas
ideacutenticas y se graficaron en el punto D La ubicacioacuten mostrada
indica que estaacuten por debajo del punto de burbuja Si estuviese en
el punto de burbuja D estariacutea sobre la curva de liacutequido saturado
El vapor saturado G1 del plato superior cuando estaacute totalmente
condensado tiene la misma composicioacuten que D y L0 El liacutequido L1
ΔD
(36)
(37)
21
que abandona el plato ideal 1 estaacute en equilibrio con G1 y se
localiza al final de la liacutenea de unioacuten 1 Puesto que la ecuacioacuten (36)
se aplica a todos los platos en esta seccioacuten G2 puede localizarse
sobre la curva saturado mediante una liacutenea trazada desde L1
hasta ΔD la liacutenea de unioacuten 2 a traveacutes de G2 localiza L2 etc Por
lo tanto las liacuteneas de unioacuten alternadas (cada una representa a los
efluentes de un plato ideal) y las liacuteneas de construccioacuten a traveacutes
de ΔD proporcionan los cambios graduales de concentracioacuten que
ocurren en la seccioacuten enriquecedora Las intersecciones de las
liacuteneas que salen de ΔD con
Fig 10 Seccioacuten de enriquecimiento condensador total reflujo debajo del punto de
formacioacuten de burbuja
22
las curvas de entalpiacutea a saturacioacuten como los puntos G3 y L2
cuando se proyectan en el diagrama inferior producen puntos
tales como P
Estos a su vez producen la curva de operacioacuten CP que pasa a
traveacutes de y=x=zD Las liacuteneas de unioacuten cuando se proyectan hacia
abajo producen la curva de distribucioacuten en el equilibrio entonces
se vuelve obvia la naturaleza gradual de los cambios en la
concentracioacuten con el nuacutemero de platos El punto de diferencia ΔD
se utiliza de esta forma para todos los platos en la seccioacuten
enriquecedora y se trabaja en forma descendente hasta que se
alcance el plato alimentador
Por tanto los platos enriquecedores se pueden localizar
uacutenicamente sobre el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten a ΔD con las liacuteneas de unioacuten ya que cada liacutenea de
unioacuten representa un plato ideal Como alternativa se pueden
trazar liacuteneas al azar que salgan de ΔD luego se grafican sus
intersecciones con las curvas HG y HLx sobre el diagrama xy para
producir la curva de operacioacuten por uacuteltimo se determinan los
platos mediante la construccioacuten por pasos tiacutepica de estos
diagramas
En cualquier plato n la relacioacuten LnGn+1 estaacute dada por la relacioacuten
entre las longitudes de las liacuteneas ΔDGn+1ΔDLn en el diagrama
superior de la figura 19 o por la pendiente de la cuerda como se
muestra en el diagrama inferior La eliminacioacuten de Gn+1 entre las
ecuaciones (30) y (36) da
119871119899
119863=
119876acute minus 119867119866119899 + 1
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899=
119911119863 minus 119910119899 + 1
119910119899 + 1 minus 119909119899
Aplicando esta ecuacioacuten al plato superior se obtiene la relacioacuten
de reflujo externo que es el que generalmente se especifica
119877 =1198710
119863=
119876acute minus 1198671198661
1198671198661 minus 1198671198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute11989911989011988611986611198710=
119897iacute119899119890119886∆1198631198661
119897iacute1198991198901198861198661119863
Para una relacioacuten de reflujo dada la relacioacuten entre las longitudes
de las liacuteneas en la ecuacioacuten (39) se puede utilizar para localizar
ΔD de modo vertical en la figura 10 entonces puede utilizarse la
ordenada Qacute para calcular la carga teacutermica del condensador
En algunos casos se utiliza un condensador parcial como en la
figura 11 Aquiacute se elimina un vapor saturado D que se obtiene
como destilado el condensado proporciona el reflujo Esto se
(38)
(39)
23
hace frecuencia cuando resulta muy elevada la presioacuten que se
requiere para la condensacioacuten total del vapor G1 a temperaturas
razonables del condensador La ΔD se grafica en una abscisa yD
correspondiente a la composicioacuten del destilado separado
Suponiendo que se realiza una condensacioacuten en el equilibrio el
reflujo L0 estaacute al final de la liacutenea de unioacuten C G1 se localiza
mediante la liacutenea de construccioacuten L0ΔD etc En el diagrama
inferior la liacutenea MN resuelve el problema de condensacioacuten en el
equilibrio (compaacuterese con la figura 7)
Se ve que el condensador parcial en el equilibrio proporciona un
plato ideal digno de rectificacioacuten Sin embargo es maacutes seguro no
confiar en este enriquecimiento completo mediante el
condensador sino colocar en la torre los platos equivalentes para
todas las etapas requeridas
B) La seccioacuten de agotamiento
Consideacuterese el entorno IV figura 9 en donde el plato m es
cualquier plato en la seccioacuten de agotamiento Un balance de
materia total es
119898 = 119898 + 1 + 119882
y para el componente A
119898119909119898 = 119898 + 1119910119898 + 1 + 119882119909119882
119898119909119898 minus 119898 + 1119910119898 + 1 = 119882119909119882
Fig 11 Condensador Parcial
(40)
(41)
(42)
24
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (42) representa la diferencia en el
flujo del componente A de abajo hacia arriba o el flujo neto hacia
abajo Puesto que el lado derecho es una constante para una
cierta destilacioacuten la diferencia es independiente del nuacutemero de
platos en esta seccioacuten de la torre e igual al flujo de eliminacioacuten
permanente de A en el fondo Un balance de entalpiacutea es
119898119867119871119898 + 119876119861 = 119898 + 1119867119866119898 + 1 + 119882119867119882
Sea Qrdquo el flujo neto de calor saliente en el fondo por mol de
residuo
119876 =119882119867119882 minus 119882119861
119882= 119867119882 minus
119876119861
119882
de donde
119898119867119871119898 minus 119898 + 1119867119866119898 + 1 = 119882119876
El lado izquierdo de la ecuacioacuten (45) es la diferencia en el flujo de
calor de abajo hacia arriba que entonces es igual al flujo neto
constante de calor saliente en el fondo para todos los platos de
esta seccioacuten
Eliminando W entre las ecuaciones (40) y (41) y entre las
ecuaciones (40) y (45) se obtiene
119898
119898 + 1=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119909119898 minus 119909119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119871119898 minus 119876
Sobre el diagrama Hxy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta que
pasa a traveacutes de (HGm+1 ym+1) en Ḡm+1 (HLmxm) en Ḹm y
(Qrdquo xw) en Δw Δw es un punto de diferencia cuyas coordenadas
significan
119876 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890
=119888119886119897119900119903 119899119890119905119900 119904119886119897119894119890119899119905119890
119898119900119897119890119904 119899119890119905119886119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
119909119882 =119889119894119891119890119903119890119899119888119894119886 119890119899 119891119897119906119895119900 119889119890119897 119888119900119898119901119900119899119890119899119905119890 119860 119889119890 119886119887119886119895119900 ℎ119886119888119894119886 119886119903119903119894119887119886
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119889119890 119904119906119904119905119886119899119888119894119886 119905119900119905119886119897 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
=119898119900119897119890119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904 119889119890 119860
119898119900119897119890119904 119899119890119905119900119904 119904119886119897119894119890119899119905119890119904
Por lo tanto Δw es una corriente ficticia de igual cantidad que el
flujo neto saliente (en este casoW) de propiedades (Qrdquo xw)
ΔW
(43)
(44)
(45)
(46)
25
119898 minus 119898 + 1 = ∆119882
En el diagrama xy la ecuacioacuten (46) es una liacutenea recta de
pendiente Ḹm Ḡm+1 que pasa a traveacutes de (ym+1 Xm) y y=x=xw
Estas liacuteneas rectas se grafican en la figura 12 para los dos
diagramas
Puesto que la ecuacioacuten (46) se aplica a todos los platos en la
seccioacuten de agotamiento la liacutenea en la graacutefica Hxy de la figura 12
desde ḠNp+1 (vapor que abandona el rehervidor y entran en el
plato inferior Np de la torre) hasta ΔW interseca la curva de
entalpia del liacutequido a saturacioacuten en Np el liacutequido que abandona
el plato inferior El vapor ḠNp que sale del plato inferior estaacute en el
equilibrio con el liacutequido Np y estaacute localizado sobre la liacutenea de
unioacuten de Np Las proyecciones de las liacuteneas de unioacuten hasta el
diagrama xy producen puntos sobre la curva en el equilibrio y las
liacuteneas a traveacutes de Δw proporcionan puntos como T sobre la curva
de operacioacuten Sustituyendo la ecuacioacuten (40) en la (46) se tiene
119898
119882=
119867119866119898 + 1 minus 119876
119867119866119898 + 1 minus 119867119871119898=
119910119898 + 1 minus 119909119882
119910119898 + 1 minus 119909119898
Los diagramas se trazaron para el tipo de rehervidor que se
muestra en la figura 9 en donde el vapor que sale del rehervidor
estaacute en equilibrio con el residuo por lo tanto el rehervidor
proporciona una etapa ideal de enriquecimiento (liacutenea de unioacuten B
figura 12) Posteriormente se consideraraacuten otros meacutetodos de
aplicacioacuten de calor en el fondo de la caldera
Asiacute los platos de la seccioacuten de agotamiento se pueden determinar
completamente en el diagrama Hxy alternando las liacuteneas de
construccioacuten hasta Δw y las liacuteneas de unioacuten en el diagrama cada
una de estas liacuteneas de unioacuten representa una etapa ideal
Alternativamente es posible trazar las liacuteneas al azar que salen de
Δw graficar sus intersecciones con las curvas HGy y HLx en el
diagrama xy para producir la curva de operacioacuten y determinar las
etapas mediante la construccioacuten gradual acostumbrada
C) La torre de destilacioacuten fraccionada completa
Puede utilizarse el entorno II de la figura 9 para obtener los
balances de materia en el aparato completo
119865 = 119863 + 119882
119865119911119865 = 119863119911119863 + 119882119909119882
(47)
(48)
(49) (50)
26
La ecuacioacuten (29) es un balance completo de entalpiacutea Si en
ausencia de peacuterdidas de calor (QL=0) se sustituyen las
definiciones de Qacutey Qrdquo en la ecuacioacuten (29) se tiene
119865119867119865 = 119863119876acute + 119882119876
Si se elimina F en las ecuaciones (49) a (51) resulta
119863
119882=
119911119865 minus 119909119882
119911119863 minus 119911119865=
119867119865 minus 119876
119876acute minus 119867119865
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta en el diagrama Hxy que
pasa a traveacutes de (Qacute zD) a ΔD (HF zF) a F y (Qrdquo xw) a Δw
como en el diagrama de la figura 13 En otras palabras
119865 = ∆119863 + ∆119882
En la figura 13 la ubicacioacuten de F que representa la mezcla de
alimentacioacuten muestra que en este caso la mezcla de alimentacioacuten
en un liacutequido debajo del punto de burbuja En otros casos F
(51)
(52)
(53)
Fig 12 Seccioacuten de agotamiento
27
puede estar en la curva de liacutequido saturado en la curva de vapor
saturado entre ellas o arriba de la curva de vapor saturado De
todas maneras los dos puntos Δ y F deben caer sobre una uacutenica
liacutenea recta
Ahora es clara la construccioacuten para los platos Despueacutes de
localizar F y las abscisas para las concentraciones zD y xW que
corresponden a los productos en el diagrama
Hxy se localiza ΔD en forma vertical en la liacutenea x=zD calculando
utilizando la relacioacuten de reflujo dada R mediante la relacioacuten entre
las longitudes de las liacuteneas de la ecuacioacuten (39) La liacutenea ΔDF
extendida hasta x=xw ubica Δw cuya ordenada puede utilizarse
para calcular QB Las liacuteneas al azar como ΔDJ se trazan desde
ΔD para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
Fig 13 El fraccionador completo Alimentacioacuten debajo del punto de burbuja y
un condensador total
28
enriquecimiento en el diagrama xy las liacuteneas al azar como ΔwV se
utilizan para localizar la curva de operacioacuten de la seccioacuten de
agotamiento en el diagrama inferior Las curvas de operacioacuten se
intersecan en M con base en la liacutenea ΔDFΔw en la forma
mostrada Intersecan a la curva en el equilibrio en a y b que
corresponde a las liacuteneas de unioacuten en el diagrama Hxy el cual
cuando se extiende pasa a traveacutes de ΔD y Δw respectivamente
como se muestra Los pasos se trazan en el diagrama xy entre
las curvas de operacioacuten y la curva en el equilibrio generalmente
se empieza en x=y=zD (o si se desea en x=y=xw) cada paso
representa una etapa o plato ideal Se efectuacutea un cambio desde la
curva de operacioacuten en el enriquecimiento hasta aqueacutella en el
agotamiento en el plato sobre el cual se introduce la mezcla de
alimentacioacuten En el caso mostrado la mezcla de alimentacioacuten se
introduce en el plato cuyo paso indica el punto M Entonces se
continuacutea la construccioacuten por pasos hasta x=y=xw
Los flujos del liacutequido y del vapor pueden calcularse en todo el
fraccionador a partir de las relaciones entre las longitudes de las
liacuteneas [ecuacioacuten (36) (38) (46) (48)] en el diagrama Hxy
14432 EL MEacuteTODO DE MC CABE - THILE
Este meacutetodo aunque menos riguroso que el de Ponchon y Savarit es
muy uacutetil puesto que no requiere datos detallados de entalpiacutea Si
estos datos se tienen que aproximar a partir de informacioacuten
fragmentacioacuten se pierde mucha de la exactitud del meacutetodo de
Ponchon-Savarit en cualquier caso Excepto cuando las peacuterdidas de
calor o los calores de solucioacuten son extraordinariamente grandes El
meacutetodo de McCabe-Thiele se adecua a la mayoriacutea de los fines Su
adecuacioacuten depende de que como aproximacioacuten las liacuteneas de
operacioacuten sobre el diagrama xy puedan considerarse rectas para
cada seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o
eliminacioacuten de corrientes
A) Flujo equimolal y vaporizacioacuten
Consideacuterese la seccioacuten enriquecedora del fraccionador de la
figura 9 En ausencia de peacuterdidas de calor que pueden hacerse (y
generalmente se hacen) muy pequentildeas mediante aislamiento
teacutermico la ecuacioacuten (35) puede escribirse asiacute (si no por otra
razoacuten por economiacutea)
119871119899
119866119899 + 1= 1 minus
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899
119876acute minus 119867119871119899
(54)
29
en donde Qrsquo incluye la carga teacutermica del condensador y la
entalpiacutea del destilado por mol de destilado Generalmente la
entalpia del liacutequido HLn es pequentildea en comparacioacuten con Qrsquo
puesto que la carga teacutermica del condensador debe incluir al
menos el calor latente de condensacioacuten del liacutequido de reflujo
Entonces si HGn+1 ndash HLn es baacutesicamente constante LnGn+1
tambieacuten seraacute constante para un fraccionador dado De la ecuacioacuten
(35)
119867119866119899 + 1 = [119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861](119905119899 + 1 minus 1199050)
+ 119910119899 + 1120582119860119872119860 + (1 + 119910119899 + 1)120582119861119872119861
en donde tn+1 es la temperatura del vapor desde el plato n+1 y
las λ son los calores latentes de evaporacioacuten a esta temperatura
Si la desviacioacuten del ideal de las soluciones liacutequidas no es grande
el primer teacutermino entre pareacutentesis cuadrados de la ecuacioacuten (55)
es
119910119899 + 1119862119871 119860119872119860 + (1 minus 119910119899 + 1)119862119871 119861119872119861 asymp 119862119871119872119901119903
De la ecuacioacuten (56)
119867119871119899 = 119862119871(119905119899 minus 1199050)119872119901119903 + ∆119867119878
119910 119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = 119862119871119872119901119903(119905119899 + 1 minus 119905119899) + 119910119899 + 1120582119860119872119860 +
(1 minus 119910119899 + 1)120582119861119872119861 minus 120549119867119878
Para todos los casos excepto algunos pocos usuales los uacutenicos
teacuterminos importantes de la ecuacioacuten (58) son los que contienen
los calores latentes El cambio de temperatura entre platos
adyacentes es generalmente pequentildeo de forma que le termino de
calor sensible es insignificante En la mayoriacutea de los casos los
calores latentes a presiones ordinarias son comuacutenmente del orden
de diez mil kJkmol Por lo tanto para todos los fines praacutecticos
119867119866119899 + 1 minus 119867119871119899 = (120582119872)119901119903
en donde el uacuteltimo teacutermino es el promedio ponderado de los
calores latentes molales Para muchos pares de sustancias los
calores latentes molales son casi ideacutenticos de modo que no es
necesario promediar Si su desigualdad es lo uacutenico que impide la
aplicacioacuten de estos supuestos para simplificar puede asignarse
un peso molecular imaginario a uno de los componentes a fin de
que entonces los calores latentes molales sean forzosamente
iguales (si se hace esto todo el caacutelculo debe hacerse con el peso
molecular imaginario incluyendo las liacuteneas de operacioacuten y los
(55)
(56)
(57)
(58)
(59)
30
datos en el equilibrio) Sin embargo esto rara vez es necesario (Si
los uacutenicos datos disponibles de entalpiacutea son los calores latentes
de evaporacioacuten de los componentes puros seraacute mejor utilizar un
diagrama aproximado de Savarit-Ponchon que use estos calores
latentes y las liacuteneas rectas HL vs x y HG vs y que suponer
iguales los calores latentes)
Es claro que a no ser en casos excepcionales la relacioacuten LG en
la seccioacuten enriquecedora de fraccionador es baacutesicamente
constante Puede aplicarse el mismo razonamiento a cualquier
seccioacuten de un fraccionador entre puntos de adicioacuten o eliminacioacuten
de corrientes aunque cada seccioacuten tendraacute su propia relacioacuten
Ahora consideacuterese dos platos adyacentes n y r entre los cuales
no hay ni adicioacuten ni eliminacioacuten de materia en la torre Un balance
de materia da
119871119903 minus 1 + 119866119899 + 1 = 119871119899 + 119866119903
Puesto que Lr-1Gr=LnGn+1 se tiene que Ln=Lr-1 y Gn+1=Gr
lo cual es el ldquoprincipio de flujo equimolal y vaporizacioacutenrdquo El flujo
del liacutequido en cada plato en una seccioacuten de la torre es constante
en base molar empero como el peso molecular promedio cambia
con el nuacutemero del plato los flujos en peso son diferentes
Los supuestos generales impliacutecitos en lo anterior se conocen
generalmente como ldquolas suposiciones simplificadoras usualesrdquo
B) Seccioacuten de enriquecimiento
Consideacuterese una seccioacuten del fraccionador totalmente debajo del
punto de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se
muestra esquemaacuteticamente en la figura 14a El condensador
elimina todo el calor latente del vapor principal pero no enfriacutea maacutes
el liacutequido resultante Por lo tanto los productos del reflujo y
destilado son liacutequidos en el punto de burbuja y y1=yD=x0 Puesto
que el
(60)
31
liacutequido L molesh que cae de cada plato y el vapor G molesh
que asciende de cada plato son constantes si se mantienen las
suposiciones simplificadoras usuales no se necesitan los
subiacutendices para identificar la fuente de estas corrientes Sin
embargo las composiciones cambian Los platos que se
muestran son platos teoacutericos de forma que la composicioacuten yn del
vapor del plato n-simo estaacute en equilibrio con el liacutequido de
composicioacuten xn que sale del mismo plato Por lo tanto el punto
(xn yn) sobre coordenadas x y cae sobre la curva en el
equilibrio
Un balance total de materia para el entorno en la figura es
119866 = 119871 + 119875 = 119863(119877 + 1)
Para el componente A
119866119910119899 + 1 = 119871119909119899 + 119863119909119863
de donde la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de enriquecimiento
es
119910119899 + 1 =119871
119866119909119899 +
119863
119866119909119863
119910119899 + 1 =119877
119877 + 1119909119899 +
119909119863
119877 + 1119909119863
Esta es la ecuacioacuten de una liacutenea recta sobre coordenadas x y
(figura 14b) de pendiente LG=R(R+1) y con una y igual a
xD(R+1) Haciendo xn=xD se tiene yn+1=xD de manera que la
liacutenea pasa a traveacutes del punto y=x=xD sobre la diagonal a 45deg
(61)
(62)
))
(63)
)) (64)
))
Fig 14 Seccioacuten de enriquecimiento
32
Este punto junto con la y permite construir faacutecilmente la liacutenea Se
muestra la concentracioacuten de los liacutequidos y vapores para cada
plato se ve que la construccioacuten usual de ldquoescalerardquo entre la liacutenea
de operacioacuten y la curva en el equilibrio proporciona la variacioacuten
teoacuterica de la concentracioacuten del plato Obviamente la construccioacuten
no puede continuarse despueacutes del punto R
Al graficar la curva de equilibrio en la figura generalmente se
supone que la presioacuten es constante en toda la torre Si es
necesario se puede permitir la variacioacuten de la presioacuten de plato a
plato despueacutes de determinar el nuacutemero de platos reales pero esto
requiere de un procedimiento de prueba y error Generalmente no
es necesario excepto para la operacioacuten a presiones muy bajas
C) Seccioacuten de agotamiento
Ahora consideacuterese una seccioacuten del fraccionador abajo del punto
de introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten tal como se muestra
en forma esquemaacutetica en la figura 15a Nuevamente los platos
son platos teoacutericos Los flujos de L y G son constantes de plato a
plato pero no necesariamente iguales a los valores en la seccioacuten
de enriquecimiento Un balance total de materia
= + 119882
y para el componente A
119909119898 = 119910119898 + 1 + 119882119909119882
(65)
))
(66)
))
Fig 15 Seccioacuten de agotamiento
33
Estas ecuaciones proporcionan la ecuacioacuten de la liacutenea de
operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento
119910119898 + 1 =
119909119898 minus
119882
119909119882
119910119898 + 1 =
minus119909119898 minus
119882
minus119882119909119882
Esta es una liacutenea recta de pendiente L Gfrasl = L(L minus W) y puesto
que cuando xm=xw ym+1=xw esa liacutenea pasa a traveacutes de x=y=xw
sobre diagonal a 45deg (figura 15b) Si el vapor rehervido yw estaacute en
equilibrio con el residuo xw el primer escaloacuten en la construccioacuten
de escalera representa al rehervidor Los pasos no se pueden
llevar maacutes allaacute del punto T
D) Introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten
Antes de continuar es conveniente establecer como la
introduccioacuten de la mezcla de alimentacioacuten modifica al cambio en
la pendiente de las liacuteneas de operacioacuten cuando se pasa de la
seccioacuten de enriquecimiento a la de agotamiento del fraccionador
Consideacuterese la seccioacuten de la columna en el plato en que se estaacute
introduciendo la mezcla de alimentacioacuten (figura 16) Las
cantidades de las corrientes de liacutequido y vapor cambian
abruptamente en este plato puesto que la mezcla de alimentacioacuten
puede constar de liacutequido vapor o una mezcla de ambos Por
ejemplo si la mezcla de alimentacioacuten es un liacutequido saturado
seraacute mayor que L por la cantidad del liacutequido alimentado agregado
Para establecer la relacioacuten general un balance de materia global
en esta seccioacuten es
119865 + 119871 + = 119866 +
y un balance de entalpiacutea
119865119867119865 + 119871119867119871119891 minus 1 + 119867119866119891 + 1 = 119866119867119866119891 + 119867119871119891
(67)
)) (68)
))
(69)
))
(70)
))
Fig 16 Introduccioacuten de la alimentacioacuten
34
Todos los vapores y los liacutequidos dentro de la torre estaacuten
saturados ademaacutes las entalpiacuteas molales de todos los vapores
saturados en esta seccioacuten son baacutesicamente ideacutenticas ya que los
cambios de temperatura y de composicioacuten sobre un plato son
pequentildeos Lo mismo es cierto de las entalpiacuteas molales de los
liacutequidos saturados de forma que HGЄf+1 y HLЄf-4=HLf
Entonces la ecuacioacuten (70) se vuelve
( minus 119871)119867119871 = ( minus 119866)119867119866 + 119865119867119865
Al combinarla con la ecuacioacuten (259)
minus 119871
119865=
119867119866 minus 119867119865
119867119866 minus 119867119871= 119902
Entonces se ve que la cantidad q es el calor necesario para
convertir 1 mol de la mezcla de alimentacioacuten de su condicioacuten HF
hasta un vapor saturado dividido entre el calor latente molal HG-
HL La mezcla de alimentacioacuten puede introducirse en cualquiera
de las diferentes condiciones teacutermicas desde un liacutequido muy por
debajo de su punto de burbuja hasta un vapor sobrecalentado
para cada una de esas condiciones el valor de q seraacute diferente
Las circunstancias tiacutepicas estaacuten listadas en el cuadro 1 con el
rango correspondiente de valores de q Combinando las
ecuaciones (69) y (72)
minus 119866 = 119865(119902 minus 1)
que proporciona un meacutetodo conveniente para determinar G
El punto de interseccioacuten de las dos liacuteneas de operacioacuten ayudaraacute a
localizar la liacutenea de operacioacuten de la seccioacuten de agotamiento Este
puede establecerse de la siguiente forma Reescribiendo las
ecuaciones (63) y (67) sin los subiacutendices de los platos
119910119866 = 119871119909 + 119863119909119863
119910 = 119909 minus 119882119909119882
Restando
( minus 119866)119910 = ( minus 119871)119909 minus (119882119909119882 + 119863119909119863
Maacutes auacuten mediante un balance global de materia
119865119911119865 = 119863119909119863 + 119882119909119882
(71)
))
(72)
))
(73)
))
(74)
)) (75)
))
(76)
))
(50)
))
35
Sustituyendo esta ecuacioacuten y las ecuaciones (72) y (73) en (76)
119910 =119902
119902 minus 1119909 minus
119911119865
119902 minus 1
En lugar de interseccioacuten de las de operacioacuten (la liacutenea q) en una
liacutenea recta de pendiente q(q-1) y puesto que y=zF cuando x=zF
pasa a traveacutes del punto x=y=zF sobre la diagonal a 45deg El infierno
de los valores de la pendiente q(q-1) estaacute listado en la cuadro 1
la interpretacioacuten graacutefica para casos tiacutepicos se muestra en la figura
17 Aquiacute se muestra la interseccioacuten de la liacutenea de operacioacuten para
un caso particular de alimentacioacuten como la mezcla de un liacutequido y
un vapor Es claro que para una condicioacuten dada de alimentacioacuten
el hecho de fijar la relacioacuten de reflujo en la parte superior de la
columna establece automaacuteticamente la relacioacuten liacutequidovapor en
la seccioacuten de agotamiento y la carga teacutermica del rehervidor
(77)
))
Cuadro 1 Condiciones teacutermicas de la mezcla de alimentacioacuten
36
145 DESTILACIOacuteN CON AGUA
Durst y Goket (1985) indican que este tipo de destilacioacuten es uacutetil para
separar componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren en maacutes de
70degC En caso de emplear una columna de fraccionamiento podraacuten
separarse componentes cuyos puntos de ebullicioacuten difieren soacutelo en 20 oacute
30 degC Si un compuesto puede purificarse por este tipo de destilacioacuten
seriacutea perder el tiempo y recursos intentar una destilacioacuten fraccionada la
situacioacuten ideal es aquella en la que se consigue el mayor rendimiento
posible y con la separacioacuten completa
146 DESTILACIOacuteN CON VAPOR
Durst y Gokel (1985) tambieacuten indican que una ventaja importante de esta
teacutecnica consiste en que los compuestos de punto de ebullicioacuten alto que
se descomponen en o cerca de sus puntos de ebullicioacuten pueden
destilarse con vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja
para evitar la descomposicioacuten Cueva (1991) dice que la temperatura de
destilacioacuten seraacute inferior al punto de ebullicioacuten del componente maacutes volaacutetil
Si uno de los liacutequidos es agua (destilacioacuten por arrastre con vapor de
agua) y si se trabaja a la presioacuten atmosfeacuterica se podriacutea separar un
componente de mayor punto de ebullicioacuten (que el agua) a una
temperatura inferior a 100degC lo cual es muy importante cuando el
compuesto se descompone a mayores temperaturas
Fig 17 Localizacioacuten de la liacutenea q para condiciones tiacutepicas de alimentacioacuten
37
Peralta (1988) dice que la destilacioacuten por arrastre de vapor es el meacutetodo
maacutes antiguo empleado para obtener aceites esenciales y aguas
aromaacuteticas
147 DESTILACIOacuteN CON VAPOR Y AGUA
Bruneton (1991) indica que este meacutetodo se usa en el caso de que los
productos que pueden alterarse por una ebullicioacuten prolongada se
sumergen en agua (maceracioacuten previa) seguidamente los componentes
volaacutetiles son arrastrados por el vapor producido por un generador
separado e inyectado directamente en el medio (destilacioacuten con agua y
vapor)
148 DESTILACIOacuteN AL VACIacuteO
Otro meacutetodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su
punto normal de ebullicioacuten es evacuar parcialmente el alambique Por
ejemplo la anilina puede ser destilada a 100degC extrayendo el 93 del
aire del alambique Este meacutetodo es tan efectivo como la destilacioacuten por
vapor pero maacutes caro Cuando mayor es el grado de vaciacuteo menor es la
temperatura de destilacioacuten Si la destilacioacuten se efectuacutea en un vaciacuteo
praacutecticamente perfecto el proceso se llama destilacioacuten molecular Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y
otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de
un espacio evacuado y se calienta El condensador es una placa friacutea
colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoriacutea del
material pasa por el espacio entre las dos placas y por lo tanto se pierde
muy poco
15 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESTILACIOacuteN PARA LA INDUSTRIA
DE ALIMENTOS
151 PISCO ALAMBIQUE Y FALCA
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) establece que
la elaboracioacuten de pisco debe hacerse exclusivamente por destilacioacuten
directa y discontinua separando las cabezas y las colas Los equipos
permitidos para esta operacioacuten son la falca el alambique y el alambique
con calienta vinos los cuales deben ser fabricados de cobre o estantildeo y
permite utilizar pailas de acero inoxidable
En el Peruacute los alambiques son en su mayoriacutea de cobre y es comuacuten que
tengan un ldquoestantildeadordquo que consiste en aplicar una laacutemina entre 2 a 5
miliacutemetros de estantildeo sobre las paredes internas de la paila con la
finalidad de evitar o reducir la pronta oxidacioacuten del cobre y aumentar el
periodo de vida del alambique y ademaacutes reducir su excesiva oxidacioacuten
38
que eleve los niveles de cobre en el pisco y sobrepasen los liacutemites de
tolerancia El problema de esta praacutectica de estantildeado estaacute en la calidad
del estantildeo utilizado la reduccioacuten de costos en la fabricacioacuten de
alambiques estaacute obligando a usar estantildeo de menor calidad que implica la
presencia de otros metales como el plomo que finalmente se incorporan
al destilado (Palma et al 2004)
La contaminacioacuten del pisco con plomo puede venir tambieacuten de otras
fuentes como el mismo cobre del alambique cuando este ha sido
fabricado con cobre que no es de la calidad o pureza requerida y
contiene plomo como parte de la aleacioacuten De igual manera la soldadura
impregnada en las uniones de las piezas durante la fabricacioacuten del
alambique (Palma et al 2004)
La Norma Teacutecnica Peruana NTP 211001 (Indecopi 2002) no indica
valores liacutemite o rangos permitidos para este elemento solamente afirma
que no deben contener metales toacutexicos
1511 EL ALAMBIQUE
Este equipo es por lo general de Cobre aunque existen los de Acero
Inoxidable consta de 4 partes bien definidas que son caldera capitel
cuello de cisne y serpentiacuten
En el capitel seraacute donde se depositara los mostos (frescos si hablamos
de Pisco) y se llevaraacuten a calor pasando por el cuello de cisne donde se
daraacute una pequentildea rectificacioacuten (se quedaran retenidas alcoholes y
Fig 18 Partes de un alambique de cobre
39
compuestos por diferencia en el punto de ebullicioacuten) esos efluvios
evaporados no pueden ser utilizados en estado vapor por lo que vamos
a condensarlo para volverlos a tener en estado liacutequido Esto se consigue
de dos maneras
1 Incrementando la distancia de la zona friacutea con lo que poco a poco
baja la temperatura
2 Disminuyendo la temperatura con alguacuten refrigerador que puede ser
simplemente agua alrededor del tubo de conduccioacuten o cuello de
cisne
La mezcla a destilar se calentara en la caldera Al subir la temperatura
separaremos los productos maacutes volaacutetiles que empezaraacuten a ascender
desde el capitel que debe tener un volumen determinado en relacioacuten al
de la caldera para evitar la condensacioacuten del liacutequido evaporado y de ahiacute
al cuello de cisne muchas veces transformado en un serpentiacuten por el que
el gas va condensado por baja de temperatura y va siendo recogido en
la fase final en forma liacutequida con la ayuda del conjunto de refrigeracioacuten
Si lo que queremos es un destilado de una calidad superior procedemos
a hacer varias destilaciones con lo que de a poco los alcoholes seraacuten
maacutes puros Tambieacuten podemos hacer uso de torres de destilacioacuten maacutes
altas con lo que la separacioacuten de evaporados que condensan a
temperaturas diferentes y por tanto tienen distinta naturaleza
1512 LA FALCA
La falca es un equipo mucho menos elaborado (comentan que nacioacute
de la improvisacioacuten de los espantildeoles y su necesidad de obtener licor
sin conocer exactamente todas las partes del Alambique) consta de
Paila Cantildeoacuten y Alberca A diferencia del alambique acaacute no habraacute
rectificacioacuten pues todo lo que se lleve a temperaturas elevadas
Fig 19 Detalle de un alambique
40
pasaraacute por el cantildeoacuten y se condensaraacute dando como resultado el
Aguardiente deseado
La falca que es un equipo mucho maacutes rustico que el alambique
permite un menor nivel de condensacioacuten de los vapores alcohoacutelicos y
deje pasar maacutes faacutecilmente un mayor contenido de impurezas
Es cierto que si ponemos un mosto de mediana o buena calidad en
un Alambique tendremos la oportunidad de que eacutel saque un
Aguardiente resultante de una buena calidad cosa que no pasariacutea en
una Falca pues esta falta de rectificacioacuten no solo haraacute que los
compuestos indeseables pasen si no se intensifiquen
Por otro lado tenemos un mosto inicial muy bueno el Alambique
sacariacutea un producto muy bueno la Falca en su lugar tendriacutea un
producto excelente ya que intensificariacutea las caracteriacutesticas buenas de
este mosto
152 DESTILADOR DE PASO CORTO GIRATORIO
Equipo de laboratorio es ideal para trabajar al vaciacuteo en pequentildeas
cantidades en
Evaporacioacuten de solventes
Sublimacioacuten
Separacioacuten de liacutequidos
Destilacioacuten fraccionada
Fig 20 Partes de una falca
41
Al combinar temperatura moderada vaciacuteo y rotacioacuten controlada se
facilita la separacioacuten que minimiza la degradacioacuten de los productos
causado por el excesivo calentamiento
El equipo cuenta con una caacutemara de calentamiento que logra una
temperatura uniforme hasta 300degC que es faacutecil mantener con su control
de temperatura
La caacutemara tiene capacidad para matraces de 25 ml hasta 250 ml cuenta
con una puerta cuacutepula transparente resistente a la temperatura que
permite visualizar el proceso de la muestra contenida en el matraz
facilitando el montaje de los bulbos comandante Los sellos conectores
son resistentes al ataque quiacutemico y asegura el buen vaciacuteo La entrada
para vaciacuteo se conecta a una liacutenea
El mecanismo giratorio regula las velocidades desde 10 a 120 RPM y se
fija sobre una base horizontal que permite su desplazamiento para
colocar los matraces en posicioacuten dentro y fuera de la caacutemara Es muy uacutetil
para lograr destilaciones en etapas
Tambieacuten cuenta con un mecanismo que permite movimiento horizontal y
vertical para ajustar la charola que tiene el hielo seco como medio
refrigerante
La charola es de pequentildeas dimensiones para utilizar miacutenimas cantidades
de medio refrigerante y evitar el gasto excesivo de eacuteste
Fig 21 Destilador de paso corto giratorio - vista lateral
42
1521 VIDRIERIacuteA
1 matraz de 50ml junta 1423D
bulbos 50ml junta HM 1423
1 tubo para vaciacuteo junta 1423
1 adaptador con llave y oliva para vaciacuteo
1 tubo con doble junta de 50ml para condensados
153 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR Y OTROS MEacuteTODOS
DE AISLAMIENTO
1531 OBJETIVOS
A Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las
siguientes teacutecnicas de laboratorio
Datos teacutecnicos Destilador de paso corto giratorio
Modelo DSG-1
Dimensiones int cm 12X12X30
Dimensiones ext Cm 55X30X30
Rango de temperatura Ambiente a 300degC
Voltaje 127 VCA
Watts 700 W
Velocidad 10 a 120 RPM
Fig 22 Destilador de paso corto giratorio - vista frontal
Cuadro 2 Datos teacutecnicos del destilador de paso corto giratorio
43
Destilacioacuten por arrastre de vapor
Extraccioacuten continua en equipo Soxhlet
Extraccioacuten directa a reflujo
B Conocer las caracteriacutesticas de cada una de estas teacutecnicas asiacute
como los factores que intervienen en ellas
C Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de ellas en el
aislamiento del aceite esencial de que se trate
1532 MATERIAL
15321 DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR (EQUIPO PARA
DOS ALUMNOS)
15322 EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO ASIGNARLA A UN ALUMNO
Primer alumno
Matraz Erlenmeyer de 250 ml 2 Frasco para cromatografiacutea 1
Refrigerante para agua cmangueras 1 Portaobjetos 1
Equipo adecuado para arrastre con vapor 1 Embudo de separacioacuten de 250 ml con tapoacuten 1
Colector 1 Espaacutetula 1
Embudo de vidrio 1 Anillo de hierro 1
Probeta de 25 ml 1 Mechero con manquera 1
Vaso de pp de 250 ml 1 Tela de alambre con asbesto 1
Tubo capilar 1 Pinza de tres dedos con nuez 4
Recipiente de peltre 1
graduado
Equipo Soxhlet 2440 con caacutemara de
extraccioacuten y refrigerante para agua1
Matraz redondo de 500 ml 2440 2
Dedal para Soxhlet 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 2
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Reoacutestato con conexioacuten 1
Cuadro 3 Material para destilacioacuten por arrastre con vapor
Cuadro 4 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 1er alumno
44
Segundo alumno
15323 MATERIAL ADICIONAL
1533 SUSTANCIA
1534 INFORMACIOacuteN
A La destilacioacuten por arrastre con vapor es una teacutecnica usada para
separar sustancias orgaacutenicas insolubles en agua y ligeramente
volaacutetiles de otras no volaacutetiles que se encuentran en la mezcla
como resinas o sales inorgaacutenicas
B Cuando se tiene mezclas de liacutequidos que no son miscibles entre
siacute se tiene un tipo de destilacioacuten que sigue la ley de Dalton sobre
las presiones parciales
C Como resultado de este comportamiento y cuando uno de los
componentes es agua al trabajar a presioacuten atmosfeacuterica se puede
separar un componente de mayor punto de ebullicioacuten que el del
agua a una temperatura menor a 100deg
D Debido a lo anterior con esta teacutecnica se pueden separar
sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su
temperatura de ebullicioacuten o cerca de ella por lo que se emplea
con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se
encuentran en hojas caacutescaras o semillas de algunas plantas (teacute
limoacuten menta canela caacutescaras de naranja o limoacuten aniacutes pimienta
etc)
Reostato con conexioacuten 1
Canasta de calentamiento con conexioacuten 1
Matraz redondo de 500 ml 2440 1
Pinzas de 3 dedos con nuez 1
Refrigerante para agua 2440 con mangueras 1
Rotavapor 1
Embudo de plaacutestico de 12 cm de diaacutemetro 1
Laacutempara de luz UV 1
Teacute limoacuten (zacate-liacutemoacuten) u otro material
proporcionado por el alumno
Silicagel para ccf con
indicador
Acetato de etilo Sulfato de sodio anhidro
Hexano Yodo
Cuadro 5 Material para la extraccioacuten directa a reflujo ndash 2do alumno
Cuadro 6 Material adicional
Cuadro 7 Sustancias utilizadas en la destilacioacuten
45
E Los aceites esenciales tambieacuten pueden aislarse de sus fuentes
naturales por medio de la extraccioacuten con disolventes orgaacutenicos
F Dependiendo de la teacutecnica que se utilice para el aislamiento seraacute
la pureza y rendimiento del aceite esencial
1535 PROCEDIMIENTO
15351 EXPERIMENTO 1- DESTILACIOacuteN POR ARRASTRE CON VAPOR
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) Coloque aproximadamente 150 ml de agua destilada en el matraz
No 1 (generador de vapor) y agregue cuerpos porosos (Nota 1)
2) En el matraz No 2 coloque teacute limoacuten cortado en trozos pequentildeos
hasta donde dice ldquo200 mlrdquo Son aproximadamente 40 g (Nota 2)
3) Con el mechero caliente cuando el volumen del destilado sea de
100 ml aproximadamente
4) De este destilado extraiga totalmente el aceite esencial
colocando en el embudo de separacioacuten cantidades adecuadas del
destilado y de acetato de etilo
5) Las frases acuosas se desechan y los extractos orgaacutenicos se
colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 ml agregue entonces la
cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el
agua remanente Filtre o decante el extracto seco y coloacutequelo en
un vial Con esta muestra y los extractos que obtenga en los
experimentos siguientes haraacute una ccf para comparar resultados
Fig 23 Montaje de equipo de destilacioacuten por arrastre con vapor
46
15352 EXPERIMENTO 2- EXTRACCIOacuteN CONTINUA EN SOXHLET
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 250 ml de acetato de
etilo y agregue cuerpos porosos
2) Llene el dedal con teacute limoacuten cortado en pequentildeos trozos (aprox 7
g) y coloacutequelo en la caacutemara de extraccioacuten
3) Luego caliente con cuidado hasta ebullicioacuten del disolvente cuyos
vapores deberaacuten condensarse en el refrigerante para caer sobre
el teacute limoacuten En el momento en que la caacutemara de extraccioacuten se
llena con el disolvente eacuteste cae por diferencia de gravedad al
matraz Este proceso se repite continuamente de tal manera que
cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial
4) El nuacutemero de descargas del extracto orgaacutenico puede variarse en
funcioacuten de la cantidad y calidad de la muestra El profesor le
indicaraacute el nuacutemero apropiado de descargas
5) Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto con sulfato de
sodio anhidro filtre o decante Destile el exceso de acetato de
etilo en un equipo de destilacioacuten simple o en el Rotavapor
dejando aproximadamente 5 ml de residuo o cola de la
destilacioacuten que es un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en
otro vial y utiliacutecelo para la ccf comparativa
Fig 24 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten continua en Soxhet
47
15353 EXPERIMENTO 3- EXTRACCIOacuteN DIRECTA A REFLUJO
Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura
1) En el matraz redondo de 500 ml coloque 40 g de teacute limoacuten cortado
en trozos pequentildeos y agregue 300 ml de acetato de etilo Caliente
a reflujo durante 30 minutos para extraer el aceite esencial (Nota
3)
2) Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido
Seacutequelo con sulfato de sodio anhidro y decaacutentelo en un recipiente
limpio y seco
3) Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de
destilacioacuten simple o en el Rotavapor
4) Deje 5 ml aproximadamente de residuo o cola de la destilacioacuten
obtenieacutendose asiacute un extracto maacutes concentrado Coloacutequelo en otro
vial
5) Finalmente compare por ccf los extractos obtenidos en los 3
experimentos Para ello aplique las 3 muestras en la misma
cromatoplaca (Nota 4) Diluya con mezcla de hexano-acetato de
etilo (11)
6) Tambieacuten puede comparar entre siacute los extractos obtenidos por
otros equipos en que hayan utilizado otros materiales
7) Revele con luz ultravioleta y luego con yodo
8) Anote sus resultados y observaciones y dibuje la cromatoplaca
Fig 25 Montaje de equipo de destilacioacuten por extraccioacuten directa a reflujo
48
1536 NOTAS
Se utiliza agua destilada para evitar que se manchen los
matraces
Al tapar este matraz cuide que la conexioacuten de vidrio no se
obstruya con los trozos de teacute limoacuten pues de ser asiacute no habraacute paso
de la corriente de vapor
El tiempo de reflujo empieza a partir de que cae la primera gota
de disolvente condensado
De los extractos obtenidos por el meacutetodo de Soxhlet y por el
meacutetodo de reflujo haga varias aplicaciones por ejemplo entre 7 y
10 dejando secar entre una y otra aplicacioacuten
Del extracto obtenido por destilacioacuten por arrastre con vapor haga
soacutelo 3 oacute 4 aplicaciones
1537 CONCLUSIONES
a) Describa cuaacutel es el aspecto que presentan los diferentes extractos
obtenidos
b) iquestQueacute caracteriacutesticas en una sustancia la hacen susceptible de ser
aislada por el meacutetodo de destilacioacuten por arrastre con vapor
c) Explique en queacute casos conviene emplear el meacutetodo de extraccioacuten
continua (Soxhet)
d) Describa el proceso de reflujo y sus caracteriacutesticas
e) Con base en los resultados y observaciones de la ccf
comparativa iquestcuaacutel de los tres meacutetodos de trabajo permite aislar
con mayor pureza al aceite esencial de teacute limoacute
f) bien si utilizoacute los extractos de diferentes plantas anote queacute
deferencias o similitudes encontroacute en su ccf
1538 ANTECEDENTES
Propiedades y caracteriacutesticas de los aceites esenciales Su
aislamiento y purificacioacuten
Ley de las presiones parciales de Dalton
Destilacioacuten por arrastre con vapor sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
Extraccioacuten continua por el meacutetodo de Soxhlet sus caracteriacutesticas
ventajas y aplicaciones
Extraccioacuten por reflujo directo sus caracteriacutesticas ventajas y
aplicaciones
49
16 APLICACIOacuteN DE LA DESTILACIOacuteN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La mayor parte de las aplicaciones industriales de la destilacioacuten se
utilizan columnas de destilacioacuten continuas La separacioacuten de aceites
esenciales de compuestos disueltos no volaacutetiles o dispersos en agua es
un ejemplo de su aplicacioacuten (Brennan 2008)
En la industria alimentaria se encuentra casi exclusivamente en los
procesos de produccioacuten de bebidas alcohoacutelicas y en la separacioacuten de
distintos componentes volaacutetiles que proporcionan aroma y flavor (por
ejemplo en la produccioacuten de aceites esenciales mediante destilacioacuten con
vapor) (Fellows 2007)
161 ACEITES ESENCIALES
La extraccioacuten por arrastre de vapor de agua es uno de los principales
procesos utilizados para la extraccioacuten de aceites esenciales Los aceites
esenciales estaacuten constituidos quiacutemicamente por terpenoides
(monoterpenos sesquiterpenos diterpenos etc) y fenilpropanoides
compuestos que son volaacutetiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua Se aplica en la industria alimenticia y derivadas como saborizantes
para todo tipo de bebidas helados galletas golosinas productos laacutecteos
etc
1611 RECTIFICACIOacuteN DE ACEITES ESENCIALES
Los aceites esenciales obtenidos por destilacioacuten de arrastre de vapor
de plantas aromaacuteticas son una mezcla de componentes terpenicos
de diferentes estructuras y propiedades fisicoquiacutemicas Algunos
aceites tienen componentes con aromas desagradables en especial
en la parte de cola por esta razoacuten para mejorar la calidad se lo
fracciona a presioacuten reducida eliminando de esta manera aquellos
componentes indeseables Tambieacuten se destilan los aceites esenciales
para separar algunos de sus componentes en forma pura
162 AacuteCIDO LAacuteCTICO
La produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de materias renovables se ha
incrementado debido a las nuevas aplicaciones que eacuteste tiene al ser
usado como materia prima para la fabricacioacuten de poliacutemeros
biodegradables aplicaciones alimentariacuteas meacutedicas farmaceacuteuticas y
cosmeacuteticas En la produccioacuten de aacutecido laacutectico se utiliza la destilacioacuten
directa desde el caldo de fermentacioacuten a temperatura y presioacuten normal
no ha sido aceptado debido a que el aacutecido forma eacutesteres internos de alto
punto de ebullicioacuten Las columnas de destilacioacuten que operan a
condiciones de vaciacuteo han sido usadas para producir aacutecido laacutectico
50
monoacutemero con un alto rendimiento desde mezclas monoacutemeras diacutemeras
y triacutemeras Sin embargo este meacutetodo requiere de una purificacioacuten inicial
parcial del aacutecido laacutectico lo que implica costos elevados en equipos
ademaacutes este procedimiento no es efectivo en la remocioacuten de impurezas
Cabe resaltar que la destilacioacuten fraccional en condiciones de operacioacuten
en altos vaciacuteos y bajas temperaturas es demasiado costosa para el
desarrollo en operaciones comerciales
Entre el 50 y el 60 del aacutecido laacutectico producido anualmente es
obtenido por fermentacioacuten y su posterior destilacioacuten mediante este
meacutetodo que se denomina destilacioacuten reactiva el cual es una combinacioacuten
del proceso tradicional de destilacioacuten y una serie de reacciones quiacutemicas
dentro de la misma operacioacuten
163 BEBIDAS ALCOHOLICAS
Las bebidas destiladas son las descritas generalmente como
aguardientes y licores sin embargo la destilacioacuten agrupa a la mayoriacutea de
las bebidas alcohoacutelicas que superen los 20deg de carga alcohoacutelica Entre
ellas se encuentran bebidas de muy variadas caracteriacutesticas y que van
desde los diferentes tipos de brandy y licor hasta los de whisky aniacutes
tequila ron vodka cachaca y gin entre otras
El principio de la destilacioacuten se basa en las diferencias que existen entre
los puntos de fusioacuten del agua (100degC) y el alcohol (783degC) Si un
recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que
supera los 783degC pero sin alcanzar los 100degC el alcohol se vaporizaraacute y
separaraacute del liacutequido original para luego juntarlo y re-condensarlo en un
equipo de mayor fuerza alcohoacutelica
Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboracioacuten de
bebidas destiladas son alimentos dulces en su forma natural como la
cantildea de azuacutecar la miel leche frutas maduras etc y aquellos que
pueden ser transformados en melazas y azuacutecares Todos estos
elementos de los que se parte contienen agentes activos que los
transforman naturalmente en alcoholes excepto en el caso de la papa
donde se debe adicionar alguacuten cereal para lograr el mismo efecto Los
agentes activos son enzimas y estaacuten encargados de transformar el
azuacutecar en alcohol Las enzimas son generalmente compuestos
nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides los
que actuacutean como catalizadores dado que pequentildeas cantidades de
enzimas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material
base destinada al producto
Las bebidas alcohoacutelicas que incluyen destilacioacuten en su proceso de
elaboracioacuten son muchas y se distinguen las siguientes
51
1631 WHISKY
Incluyen todas las variedades Escoceacutes (Scoth) Irlandeacutes Whiskies
Estadounidenses y Canadienses Incluyen cierto antildeejamiento seguacuten
sea su productor Siempre a partir de fermento de cereales cerveza o
malta En algunas destileriacuteas de whysky y otros licores se utilizan
todaviacutea alambiques para llevar acabo la destilacioacuten por lotes de
forma discontinua la mayoriacutea de las operaciones de destilacioacuten
industriales usan columnas de destilacioacuten en continuo (Fellows
2007)
1632 VODKA
Los de Europa oriental y baacuteltica a base de papa y cereales y los
occidentales a partir de cereales solamente
1633 RON
Ron espantildeol o Rhum Franceacutes Partiendo todos de la cantildea de azuacutecar
son agrupados en tres variantes los secos y de cuerpo liviano
producidos en Cuba Puerto Rico Mexico Argentina Brasil y
Paraguay los de cuerpo intenso producidos principalmente en
Jamaica Barbados y Demerara (Guyana Britaacutenica) los tipo Brandy
pero aromaacuteticos de Java e Indonesia Haiti y Martinica
1634 BRANDY O COGNAC
A partir de la destilacioacuten de vino o frutas molida fermentadas y
antildeejados en toneles de madera Los maacutes conocidos son los que han
tenido origen en Francia bajo el teacutermino de cognac y es el reconocido
como destilacioacuten de vino Los de fruta parten de manzana cereza
albaricoque (damasco) ciruela etc aunque son bebidas conocidas
no como brandy o cognac sino por las marcas del producto
terminado o nombre histoacuterico que se les haya asignado
1635 TEQUILA
Obtenido a partir del mezcal o agave variedades de cactus del paiacutes
azteca y desierto del sur de Estados Unidos Su antildeejamiento
aumenta su calidad Se comercializa con graduaciones alcohoacutelicas
que van desde los 37deg hasta los 50deg
52
1636 OKE (OKELEHAO)
Parte de la destilacioacuten de melaza de cantildea de azuacutecar arroz y jugo de
una fruta local con la que tambieacuten hacen una comida llamada Poi Es
antildeejada en barriles de roble
1637 NG KA PV
Es una variedad de whisky chino de 43deg hecho a partir de fermento de
mijo y hierbas aromaacuteticas y antildeejado en madera
1638 LICORES
Es el grupo quizaacute de menor graduacioacuten alcohoacutelica y que incluye las
bebidas maacutes dulces y aromaacuteticas La cantidad de combinaciones y
sabores existente es ilimitada En muchos casos es estandarizada y
en otros es asociado a una marca Su graduacioacuten alcohoacutelica
comienza en los 27deg y termina con los maacutes fuertes en los 40deg
1639 AGUARDIENTES AROacuteMATICOS
Este grupo incluye varias bebidas alcohoacutelicas de alta graduacioacuten
(mayor a 40deg) Aquiacute se encuentran el Gin el ajenjo la Zubroyka y la
Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa) El gin a partir
de fresas moras o frambuesas la Zubrowka (45deg) pero aromatizada
con ciertas variedades de pasturas la Akvavit Escandinava (46deg) que
se produce en forma similar al Gin pero incluye fermento de papas y
se aromatiza con semillas de comino La cachaca brasilera es hecha
a partir de cantildea de azuacutecar con la diferencia que no incluye
antildeejamiento en madera ni es aromatizada Suele complementarse
con azuacutecares y ciacutetricos
16310 PISCO
Existen baacutesicamente dos clases de Pisco los aromaacuteticos y los no
aromaacuteticos El Pisco puro ndash no aromaacutetico ndash se hace con la uva
ldquoquebrantardquo (que no tiene aroma) y los aromaacuteticos con uvas tipo
Italia moscatel de Alejandriacutea etc que tienen aroma sin la necesidad
de agregar aromatizante alguno Tambieacuten existe un Pisco ldquoAcholadordquo
donde se mezclan todos los tipos de uvas conjugaacutendose el sabor de
todas donde las uvas aromaacuteticas son las que predominan
La destilacioacuten hace que soacutelo el 16 del zumo de la uva es Pisco
puro por lo que se necesitan unos 7 Kg de uva para obtener un litro
de licor
53
Para la elaboracioacuten del pisco la uva en la eacutepoca de la cosecha debe
de tener un miacutenimo 12deg de glucosa debe de estar madura tipo pasa
que favorece la concentracioacuten de azuacutecares que maacutes tarde en su
elaboracioacuten se convertiraacute en alcohol
Despueacutes de molerla se debe retirar el escombro los palos de los
racimos ya que estos dan un sabor amargo al pisco
Se deben quedar los hollejos pieles de las pasas por la gran
cantidad de glucosa que contienen y ya habremos obtenido el mosto
vino joven con baja graduacioacuten del alcohol todaviacutea
Con el mostiacutemetro se debe de medir la concentracioacuten de azuacutecares y
que debe de tener un miacutenimo de 12 en el caso que no de esa
medida se deben de sumar otros tipos de uva maacutes dulces para
compensar pero no es lo recomendable ya que adulteramos el sabor
auteacutentico Entre 8 y 10 diacuteas de reposo se produce la fermentacioacuten
llamada la cachina dependiendo del calor
Se coloca en el alambique para que destile durante 4 horas Este
alambique marca el grado de fuego que se estaacute utilizando en la
destilacioacuten Debe colocarse en el centro para que tenga el grado de
calor exacto Si estaacute muy caliente el alambique se moveraacute al lado
izquierdo Operacioacuten que hay hacer con sumo cuidado para que el
liacutequido no se queme eacuteste meacutetodo es muy usado tambieacuten al norte de
Portugal
Durante esas 4 horas se debe tener en cuenta los 78deg que se deben
alcanzar en la ebullicioacuten del mosto Lo primero que se destila es el
alcohol metiacutelico llamado ldquocabezardquo (200 a 500 cm3) El liacutequido
continuo conocido como ldquocuerpordquo va entre los 79degC a 90degC (40deg-50deg
de alcohol) ldquoLa colardquo que es lo final ya son los alcoholes mezclados
con agua Estos hay que eliminarlos porque malogran al ldquocuerpordquo
54
1 LIacutePIDOS
11 INTRODUCCIOacuteN
De las tres clases maacutes importantes de nutrientes los carbohidratos las
proteiacutenas y las grasas eacutestas uacuteltimas pertenecen a una clase muy numerosa
de sustancias llamadas liacutepidos La definicioacuten del teacutermino ldquoliacutepidordquo es motivo
de controversia Antiguamente se definen como sustancias naturales
insolubles en agua pero solubles en solventes no polares como el hexano
el benceno el eacuteter Esta definicioacuten basada uacutenicamente en la solubilidad
abarca una gran cantidad de sustancias muy diferentes
Los liacutepidos ya sean considerados en forma ldquoaparenterdquo como estaacuten en la
mantequilla y aceites o ldquodisimuladardquo como los de la leche queso carnes o
huevos representan un papel importante en la alimentacioacuten su funcioacuten
nutricional baacutesica se debe a su aporte energeacutetico (90 calg) aacutecidos grasos
esenciales y vitaminas liposolubles unidos a caracteriacutesticas organoleacutepticas
tales como su textura sabor de los alimentos y aplicaciones en la Industria
de Alimentos
Asimismo los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de
interaccionar a traveacutes de sus diferentes grupos reactivos dando como
resultado la formacioacuten de una estructura tridimensional estable que se refleja
en el estado fiacutesico la apariencia y la textura global de cada producto Asiacute
tenemos que las organizaciones moleculares producen los ldquocoloidesrdquo
grupo al que pertenecen la mayoriacutea de los alimentos sin estructura celular
En el presente trabajo monograacutefico se planteoacute como objetivo general
conocer los conceptos relacionados con los liacutepidos y sistemas coloidales asiacute
como su participacioacuten y aplicaciones en los alimentos
Como objetivos especiacuteficos se planteoacute
Estudiar las caracteriacutesticas generales composicioacuten y clasificacioacuten de los
liacutepidos
Estudiar los conceptos generales clasificacioacuten fuentes de obtencioacuten y
propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de los aceites y grasas asiacute como sus
formas de modificacioacuten para su uso en la Industria y estabilidad de
productos grasos manufacturados y a la vez las diferentes formas de
su deterioro
12 JUSTIFICACIOacuteN
Los liacutepidos son una parte esencial en el desarrollo del cuerpo humano por
lo tanto su uso en la industria de alimentos debe ser medido y estudiado para
que los productos grasos manufacturados sean de calidad
55
13 MARCO TEORICO
131 LIacutePIDOS
La palabra liacutepido proviene del griego lipos que significa grasa y cuya
aplicacioacuten no ha sido bien establecida originalmente se definiacutea como ldquouna
sustancia insoluble en agua pero soluble en disolventes orgaacutenicos tales
como el cloroformo hexano y eacuteter de petroacuteleordquo bajo esta consideracioacuten de
solubilidad hay muchos otros compuestos como terpenos y carotenoides
que tambieacuten estaacuten incluidos Es un grupo de compuestos generalmente
constituidos por carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno que integran cadenas
hidrocarbonadas alifaacuteticas o aromaacuteticas aunque en ocasiones tambieacuten
contienen foacutesforo y nitroacutegeno (Badui 1995)
Las grasas y los aceites son los principales liacutepidos que se encuentran en
los alimentos contribuyendo a la textura y en general a las propiedades
sensoriales del producto (Badui 1995)
2311 CLASIFICACIOacuteN
Seguacuten Badui (1995) el nuacutemero de sustancias consideradas como
liacutepidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta en
ocasiones difiacutecil existen diversos meacutetodos para este fin cada uno
con sus propias ventajas y desventajas pero todos ellos basados en
alguna de las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas que los caracterizan Es
maacutes comuacuten dividirlos en tres grandes grupos en funcioacuten de su
estructura quiacutemica (Veacutease Cuadro 1)
Cuadro 8 Clasificacioacuten de los liacutepidos
Los simples abarcan las grasas y los aceites y por lo tanto resultan
ser los maacutes abundantes e importantes para el tecnoacutelogo de alimentos
Los liacutepidos compuestos son aquellos que estaacuten integrados por una
parte lipiacutedica y otra que no lo es unidas covalentemente destacan
A LIacutePIDOS SIMPLES Esteres de aacutecidos grasos y alcoholes
1) Grasas y aceites Eacutesteres de glicerol con aacutecidos monocarboxiacutelicos
2) Ceras Eacutesteres de alcoholes monohidroxiacutelados y aacutecidos grasos
B LIacutePIDOS COMPUESTOS Liacutepidos simples conjugados con moleacuteculas no lipiacutedicas
1) Fosfoliacutepidos Eacutesteres que contienen aacutecido fosfoacuterico en lugar de un aacutecido graso
2) Glucoliacutepidos Compuestos de carbohidratos aacutecidos grasos y esfingosinol llamados tambien cerebroacutesidos
3) Lipoproteiacutenas Compuestos de liacutepidos y proteiacutenas
C COMPUESTOS ASOCIADOS
1) Aacutecidos grasos (derivados de los liacutepidos simples)
2) Pigmentos
3) Vitaminas liposolubles
4) Esteroles
5) Hidrocarburos
FUENTE Badui 1995
56
los fosfoliacutepidos y los glucoliacutepidos en ocasiones tambieacuten se incluyen
las lipoproteiacutenas pero dado que sus integrantes (proteiacutenas y liacutepidos)
se enlazan hidroacutefoba y electrostaacuteticamente algunos autores no los
consideran en este grupo Finalmente los liacutepidos derivados o
asociados son todos aquellos que no se ubican en ninguna de las
categoriacuteas anteriores en esta categoriacutea estaacuten los aacutecidos grasos
libres los carotenoides las vitaminas liposolubles el colesterol etc
(Badui 1995)
Existen otras clasificaciones como la que los divide en polares y no
polares los polares (aacutecidos grasos fosfoliacutepidos esfingoliacutepidos etc)
se orientan espontaacuteneamente con el grupo polar hacia el agua pues
contienen en su moleacutecula una parte hidroacutefila y otra hidroacutefoba y los
polares permanecen asociados y no se orientan en la interfase
acuosa como ocurre con los hidrocarburos alifaacuteticos no se
suspenden no se emulsionan y son insolubles en la fase acuosa
(Badui 1995)
Se distinguen tambieacuten liacutepidos ldquosaponificablesrdquo que comprenden los
liacutepidos neutros fosfoliacutepidos y ceras (eacutesteres de aacutecidos grasos y
alcoholes de cadena larga) y los liacutepidos ldquono saponificablerdquo que
incluye hidrocarburos pigmentos y esteroles (Cheftel 1988)
2312 AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos son compuestos orgaacutenicos
formados por una cadena alifaacutetica o hidrocarbonada saturada o no
con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono y un Radical Carboxilo (-
COOH) en un extremo como muestra en la foacutermula general
representada seguidamente
CH3 ndash (CH2)n ndash COOH
Cadena Alifaacutetica Radical Carboxilo
Un nuacutemero reducido de los aacutecidos grasos presentes en los aceites
comestibles incluye pequentildeas cantidades de aacutecidos grasos de
cadena ramificada ciacuteclica o un nuacutemero impar de aacutetomos de carbono
(Ziller 1996)
Los aacutecidos grasos se dividen en dos grupos principales los saturados
y los no saturados Con muy pocas excepciones los aacutecidos grasos
naturales contienen un nuacutemero par de aacutetomos de carbonos (esto es
debido a que son biosintetizados a partir de acetato (CH3CO2-) el
cual posee dos aacutetomos de carbono) que variacutean entre 4 y 28 para los
hallados maacutes comuacutenmente en las grasas Los aacutecidos grasos con
elevados nuacutemero de aacutetomos de carbono se encuentran en las ceras
57
La cadena puede ser recta sin ramificaciones ni sustituciones
aunque la sustitucioacuten con grupos OH las configuraciones ciacuteclicas y
las ramificaciones sueles se comunes (Braverman 1980)
Por la longitud de su cadena pueden ser clasificados como de cadena
corta 4-6 carbonos de cadena media 8-12 carbonos de cadena
larga 14-18 carbonos o muy larga 20 o maacutes carbonos (Castro
2002)AZ
La composicioacuten de aacutecidos grasos de algunos productos de origen
animal variacutea con diversos factores por ejemplo la yema de huevo
incrementa su proporcioacuten de aacutecido linoleico en la medida en que la
dieta que las aves reciben sea rica en aacutecidos poliinsaturados sin
embargo la concentracioacuten del aacutecido palmiacutetico y del aacutecido esteaacuterico no
cambia con la alimentacioacuten En caso de la leche ocurre algo similar
se puede incrementar su contenido de aacutecido linoleico y linoleacutenico
cuando a la vaca se le suministra poliinsaturados protegidos con
alguna proteiacutena de esta manera atraviesan el rumen sin ser alterados
y se incorporan a la siacutentesis de triacilgliceacuteridos En los peces se
puede llegar a reducir los aacutecidos grasos altamente insaturados
mediante una dieta pobre con los cual se aumenta la estabilidad de
los aceites a la oxidacioacuten (Badui 1995)
Seguacuten Badui (1995) menciona que los aacutecidos grasos se producen
industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas y se utilizan en
la elaboracioacuten de diversos aditivos para la industria alimentaria
Algunos monoeacutesteres de glicerol presentan una actividad
antimicrobiana contra bacterias y ciertas levaduras Los aacutecidos de 10
a 18 aacutetomos de carbono se emplean como emulsionantes en forma
directa o como sus respectivos eacutesteres de sorbitana destacan el
palmeato el oleato y el estearato Ademaacutes las sales de calcio y de
magnesio del palmiacutetico y del esteaacuterico se usan como antiglomerantes
en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son
insolubles en agua y porque al recubrir las partiacuteculas soacutelidas repelen
el agua y evitan la aglomeracioacuten
23121 NOMENCLATURA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
En el sistema Geneva de Nomenclatura los aacutetomos de carbono
de un aacutecido graso se enumera consecutivamente comenzando
por el final de la cadena de manera que el carbono del radical
carboxilo es el carbono nuacutemero uno (Ziller 1996)
Cheftel (1988) mencionan que los nuacutemeros de la nomenclatura
quiacutemica indican la posicioacuten de los enlaces dobles Los prefijos
numerales griegos di tri tetra penta hexa etc se usan como
58
multiplicadores y tambieacuten para describir la longitud de cadenas de
carbono que contienen maacutes de cuatro aacutetomos El nombre aacutecido
912-octadecadienoico por ejemplo indica que el compuesto
consiste de una cadena de 18 carbonos (octa deca) con dos
enlaces dobles (di) en los carbonos 9 y 12 con el carbono nuacutemero
uno constituyendo un grupo carboxilo la foacutermula estructural es
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido 912-octadecadienoico
(Aacutecido Linoleico)
Los aacutecidos grasos son frecuentemente representados por una
notacioacuten como C182 que indica que el aacutecido graso consiste de
una cadena de 18 carbonos y dos enlaces dobles Aunque esta
notacioacuten puede referirse a varios isoacutemeros de aacutecidos grasos con
esta composicioacuten se usa para denotar el aacutecido graso natural con
estas caracteriacutesticas el aacutecido linoleico El nombre aacutecido linoleico
conjugado (ALC) se refiere a varios variantes del aacutecido linoleico
C182 como el 911-ALC y 1012-ALC que corresponden al aacutecido
911-octadecadienoico y el aacutecido 1012-octadecadienoico El
isoacutemero dieteacutetico principal de ALC es cis-9 trans-11 ALC tambieacuten
llamado aacutecido rumeacutenico El ALC ocurre naturalmente en la carne
huevos queso leche y yogur (Cheftel 1988)
CH3(CH2)5CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
Aacutecido linoleico conjugado (cis-9 trans-11)
Otro sistema de nomenclatura para los aacutecidos grasos no
saturados es la clasificacioacuten ldquoomegardquo o ldquon-minusrdquo Esta
nomenclatura usa el alfabeto griego (αβγω) para identificar la
posicioacuten de los enlaces dobles El carbono del grupo carboxilo es
el nuacutemero uno y el carbono alfa es el carbono adyacente (el
carbono nuacutemero 2) El carbono omega corresponde al uacuteltimo
carbono en la cadena porque la letra omega es la uacuteltima letra del
alfabeto griego Asiacute el aacutecido oleico que presenta un doble enlace
9 carbonos maacutes allaacute del metilo final es considerado un aacutecido
omega-9 (o un n-9) (Ziller 1996)
De manera similar el aacutecido linoleico frecuentemente en los
aceites de origen vegetal es un omega-6 (n-6) porque su doble
enlace estaacute 6 carbonos maacutes allaacute de su metilo terminal (esto es
entre los carbonos 12 y 13 comenzando desde el radical
carboxilo) El aacutecido eicosapentaenoico presente en los aceites de
muchos pescados es un omega-3 (n-3) El aacutecido alfa- linoleacutenico
hallado en ciertos aceites de origen vegetal tambieacuten es un
omega-3 (Ziller 1996)
59
Por ejemplo como se puede ver en las siguientes foacutermulas de
Omega 3 y Omega 6 bajo eacutesta nomenclatura
Fig 26 Aacutecido alfa-linoleacutenico Omega 3
Fuente (Ziller 1996)
Fig 27 Aacutecido linoleico Omega 6
Fuente (Ziller 1996)
23122 CLASIFICACIOacuteN DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los aacutecidos grasos presentes en los aceites y
grasas comestibles se clasifican por su grado de saturacioacuten en
aacutecidos grasos saturados y aacutecidos grasos insaturados como se
detalla a continuacioacuten
A) AacuteCIDOS GRASOS SATURADOS
Los aacutecidos grasos saturados contienen solamente enlaces
carbono-carbono simple y son los menos reactivos quiacutemicamente
Las grasas de origen animal son generalmente ricas en aacutecidos
grasos saturados En el Cuadro 2 se enumera los aacutecidos grasos
saturados de intereacutes praacutectico
Todos salvo el aceacutetico existen de manera natural en las grasas El
punto de fusioacuten de eacutestos aacutecidos grasos saturados aumenta con la
longitud de la cadena El aacutecido decanoico y otros aacutecidos de cadena
larga son soacutelidos a temperatura ambiente Los nombres comunes
de estos aacutecidos indican la fuente especiacutefica en la que son
particularmente abundantes o a partir de la cual han sido aislados
nombres los que siguen empleaacutendose ampliamente (Ziller 1996)
Braverman (1976) indica que las propiedades fiacutesicas variacutean seguacuten
el nuacutemero de aacutetomos de carbono como en toda la serie homoacuteloga
Los aacutecidos con menos de 12 aacutetomos de carbono reciben
convencionalmente el nombre de ldquoaacutecidos grasos volaacutetilesrdquo ya que
pueden ser destilados con vapor y relativa facilidad Los miembros
con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son soacutelidos a temperatura
ambiente La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud
de la cadena y los aacutecidos con maacutes de 10 aacutetomos de carbono son
praacutecticamente insolubles en agua
60
Cuadro 9 Aacutecidos grasos saturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten Ndeg de carbono
Punto de fusioacuten (degC)
Origen Tiacutepico
Aacutecido etanoico Aacutecido Aceacutetico 2 -- --
Aacutecido butanoico Aacutecido Butiacuterico 4 -79 Mantequilla
Aacutecido hexanoico Aacutecido Caproico 6 -34 Mantequilla
Aacutecido octanoico Aacutecido Capriacutelico 8 167 Aceite de coco
Aacutecido decanoico Aacutecido Caacuteprico 10 316 Aceite de coco
Aacutecido dodecanoico Aacutecido Laacuteurico 12 442 Aceite de coco
Aacutecido tetradecanoico Aacutecido Miriacutestico 14 544 Mantequilla aceite de coco
Aacutecido hexadecanoico Aacutecido Palmiacutetico 16 629 Aceite de palma la mayoriacutea de grasas y aceites
Aacutecido octadecanoico Aacutecido Esteaacuterico 18 696 Grasas animales
Aacutecido eicosanoico Aacutecido Araquiacutedico 20 754 Aceite de cacahuate aceite de pescado
Aacutecido docosanoico Aacutecido Beheacutenico 22 80 Aceite de cacahuate
Aacutecido tetracosanoico Aacutecido Lignoceacuterico 24 842 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Aacutecido ceroacutetico Aacutecido ceroacutetico 26 877 Pequentildeas cantidades en muchas grasas
Fuente Ziller 1996
B) AacuteCIDOS GRASOS INSATURADOS
Seguacuten Badui (1995) menciona que poseen un o maacutes enlaces
dobles en su cadena seguacuten sean mono o poli insaturados
respectivamente Son generalmente liacutequidos a temperatura
ambiente Debido a la presencia de insaturaciones estos
compuestos tienen una gran reactividad quiacutemica ya que estaacuten
propensos a transformaciones oxidativas y de isomerizacioacuten Son
muy abundantes en los aceites vegetales y marinos su temperatura
de fusioacuten disminuye con el aumento de las dobles ligaduras y eacutesta
es siempre menor que la de los saturados para una misma longitud
de cadena
Los que contienen soacutelo una insaturacioacuten se llaman Monoenoicos
o monoinsaturados y a los de maacutes de una se les denomina
Polienoicos o poliinsaturados en el primer caso la mayoriacutea de
ellos presentan la doble ligadura entre los aacutetomos de carbono 9 y
10 Por su parte en forma natural los poliinsaturados tienen sus
dobles ligaduras como no conjugadas es decir estaacuten separadas
por un grupo metileno como ocurre con los aacutecidos linoleico
linoleacutenico y araquidoacutenico lo contrario a esta distribucioacuten es la
conjugacioacuten en la que no existe dicho metileno de por medio
(Badui 1995)
61
-CH=CH-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
conjugadas
-CH=CH-CH2-CH=CH-
Sistema de dobles ligaduras
no conjugadas
En el Cuadro 3 se enumera los aacutecidos grasos insaturados de
intereacutes praacutectico
Cuadro 10 Aacutecidos grasos insaturados
Nombre sistemaacutetico Nombre comuacuten
Enlaces Dobles
Carbonos Punto de
fusioacuten (degC) Fuentes
9-decenoico Caproleico 1 10 - Mantequilla
9-dodecenoico Lauroleico 1 12 - Mantequilla
9-tetradecenoico Miritoleico 1 14 185 Mantequilla
9-hexadecenoico Palmitoleico 1 16 -05 Algunos aceitesde pescado grasa de vacuno
9-octadecenoico Oleacuteico 1 18 163 Aceite de oliva la mayoriacutea de grasas y aceites
9-octadecenoico Elaiacutedico 1 18 437 Mantequilla
11-octadecenoico Vacceacutenico 1 18 44 Mantequilla
9 12-octadecadienoico Linoleico 2 18 -65 Aceite de semilla de uva grasas y aceites
9 12 15-octadecatrienoico
Linoleacutenico (ALA)
3 18 -128 Aceite de soja y canola
9-eicosenoico Gadoleico 1 20 230 Manteca de Cerdo aceite de pescado
5 8 11 14-eicosatetraenoico
Araquidoacutenico (AA)
4 20 -495 Grasas del hiacutegado y aceites de pescado
5 8 11 14 17-eicosapentaenoico
EPA 5 20 Aceite de pescado
13-docosenoico Eruacutecico 1 22 334 Aceite de colza (canola)
4 7 10 13 16 19-docosahexaenoico
DHA 6 22 - Aceite de pescado
Todos los dobles enlaces estaacuten en la configuracioacuten cis experto en los aacutecidos eliacutedico y vacceacutenico que son trans
Fuente Ziller 1996
La posibilidad de que entre ellos exista isoacutemeros de debe
fundamentalmente a (a) la cantidad de uniones dobles no
saturados (mono- di- tri- y tetraetenoides) (b) su posicioacuten en la
cadena y (c) la posibilidad de configuraciones cis o trans (Ziller
1996)
62
23123 AacuteCIDOS GRASOS ESENCIALES
Los aacutecidos grasos poliinsaturados cumplen ciertas funciones
fisioloacutegicas importantes pero como no pueden sintetizarse en el
cuerpo con suficiente rapidez deben de suministrarse en los
alimentos Se les conoce como aacutecidos grasos esenciales (AGE)
porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y
ademaacutes son necesarios para funciones vitales eacutestos son los de
- -
omega 3 (Braverman 1980 FAOOMS 1997)
Los aacutecidos linoleico (Omega 6) y linoleacutenico (Omega 3) son
esenciales para el crecimiento el buen estado de la piel y del
pelo El aacutecido araquidoacutenico sin embargo puede sintetizarse a
partir del aacutecido linoleacutenico El aacutecido araquidoacutenico (AA) se considera
esencial porque es un constituyente vital de las membranas y
porque es precursor de un grupo de compuestos similares a
hormonas denominados prostaglandinas tromboxanos y
protaciclinas que son importantes en la regulacioacuten de una amplia
diversidad de procesos fisioloacutegicos Eacutel aacutecido linoleacutenico es tambieacuten
precursor de un grupo especial de prostaglandinas (Ziller 1996)
Cuadro 11 Nomenclatura de los aacutecidos grasos esenciales
Fuente Castro 2002
63
Fig 28 Estructura de Aacutecidos Grasos Esenciales alfa linoleico (LA) y alfa
linoleacutenico (ALA)
Fuente Castro 2002
Fig 29 Estructura de aacutecidos grasos esenciales AA EPA y DHA Fuente
Castro 2002
64
23124 ISOMERIacuteA DE LOS AacuteCIDOS GRASOS
Seguacuten Ziller (1996) los Isoacutemeros son sustancias que estaacuten
constituidas por los mismos aacutetomos combinados en las mismas
proporciones pero que difieren en su estructura molecular
Seguacuten Braverman (1980) a partir de los aacutecidos grasos saturados
como de los no saturados puede haber tres clases posibles de
isomeriacutea en estos compuestos
A) La simple Isomeriacutea de una cadena lineal versus una
cadena ramificada como por ejemplo en los aacutecidos butiacuterico
e isobutiacuterico
CH3-CH2-CH2-COOH
Aacutecido butiacuterico
CH3
CH-COOH
CH3
Aacutecido Isobutiacuterico
B) La Isomeriacutea Posicional provocada por la posicioacuten de la doble
ligadura en la cadena de un aacutecido graso no saturado como
por ejemplo en el aacutecido oleico y el isooleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10COOH
Aacutecido Oleico Aacutecido Isooleico
C) Isomeriacutea Geomeacutetrica
Los aacutecidos grasos insaturados pueden presentarse en la forma
ldquocisrdquo o ldquotransrdquo dependiendo de la configuracioacuten de los aacutetomos
de carbono que comparten el doble enlace Si los aacutetomos de
hidroacutegeno estaacuten del mismo lado de la cadena hidrocarbonada
la configuracioacuten se denomina ldquocisrdquo y si se presentan en lados
opuestos se le denomina ldquotransrdquo como se muestra en la
siguiente figura
65
Fig 30 Estructura molecular - Isomeriacutea de los aacutecido grasos
La configuracioacuten de los aacutecidos grasos tiene un marcado efecto
sobre las propiedades fisicoquiacutemicas de las grasas La
configuracioacuten cis introduce un aacutengulo de aproximadamente 30ordm
en la cadena la cual se ve algo acortada en virtud de este
efecto (Braverman 1980)
La configuracioacuten trans resulta en arreglos espaciales muy
similares a aquellos de los aacutecidos grasos saturados Esto se
refleja en las diferencias de puntos de fusioacuten El punto de
fusioacuten del aacutecido oleico es de 30ordm C maacutes bajo que el de su
isoacutemero trans el aacutecido elaiacutedico (Braverman 1980)
aacutecido cis-9-octadecenoico
(Aacutecido Oleico)
aacutecido trans-9-octadecenoico
(Aacutecido Elaiacutedico)
Fig 31 Isomeriacutea del Aacutecido Oleico
Al respecto de este tema el nuacutemero de posibles isoacutemeros
geomeacutetricos de un aacutecido graso aumenta considerablemente
Aacutecidos grasos saturados Aacutecido graso Cis-insaturadoAacutecido graso Trans
insaturado
Aacutetomos de carbono
saturados (cada uno con
2 hidroacutegenos) unidos
por un solo enlace
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno con
1 hidroacutegeno) unidos por
enlace doble
Aacutetomos de carbono
insaturados (cada uno
con 1 hidroacutegeno)
unidos por enlace
doble
Configuracioacuten cis Configuracioacuten trans
66
cuando existe maacutes de una doble ligadura con dos se genera
cuatro isoacutemeros cis-cis cis-trans trans-cis y trans- trans La
presencia da cada uno de ellos influye considerablemente en
las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los liacutepidos y su
determinacioacuten se puede llevar a cabo con meacutetodos
espectroscoacutepicos en el infrarrojo (Badui 1995)
En la naturaleza la mayoriacutea de los aacutecidos grasos no saturados
se hallan en forma de cis mientras que los trans se
encuentran en las grasas hidrogenadas comercialmente Sin
embargo se han encontrado estas formas en natural en
pequentildeas cantidades en la leche y en cantidades
relativamente grandes en grasa corporal de los rumiantes asiacute
como en los liacutepidos naturales que fueron sometidos a
hidrogenacioacuten Cabe indicar que los isoacutemeros trans son
termodinaacutemicamente maacutes factibles y estables que los cis
(Badui 1995)
Badui (1995) indica que las grasas trans no soacutelo aumentan
los niveles de lipoproteiacutenas de baja densidad (LDL) en la
sangre sino que disminuyen las lipoproteiacutenas de alta densidad
(HDL lo que llamamos el colesterol bueno) provocando un
mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares Estos
aacutecidos grasos pueden ser particularmente peligrosos para el
corazoacuten y se asocian con el mayor riesgo de desarrollo de
algunos caacutenceres Los estudios maacutes recientes demuestran
que los niveles maacutes altos de aacutecidos trans pueden incrementar
el riesgo de diabetes
2313 ACILGLICEacuteRIDOS
Los acilgliceacuteridos liacutepidos neutros o sin carga son los productos
derivados de la reaccioacuten de esterificacioacuten entre el Glicerol y una dos
o tres moleacuteculas de aacutecidos grasos los aacutetomos de carbono del glicerol
se numeran 1 2 y 3 o y acute (Badui 1995)
23131 MONO Y DIACILGLICEacuteRIDOS
Un digliceacuterido o diacilglicerol (DAG) tiene dos radicales de
aacutecidos grasos y existe en las formas 12 o 13 dependiendo de las
posiciones donde los aacutecidos grasos se unen a la moleacutecula de
glicerol Un monogliceacuterido o monoacilglicerol (MAG) tiene
solamente un radical de aacutecido graso unido a una moleacutecula de
glicerol El aacutecido graso puede estar unido al carbono 1 o 2 de la
moleacutecula de glicerol (Badui 1995) Se muestra a continuacioacuten la
representacioacuten del glicerol mono acilgliceacuterdiro y diacilgliceacuterido
67
Representan una fraccioacuten muy pequentildea de los constituyentes de las
grasas y los aceites de hecho cuando se encuentran en una proporcioacuten
mayor que la normal es indicacioacuten de una posible hidroacutelisis de los
triacilgliceacuteridos y la consecuente liberacioacuten de aacutecidos grasos Ambos
grupos de sustancias se encuentran en las membranas de los gloacutebulos de
las grasa como ocurre con la leche (Ziller 1996)
Los mono y los diacilgliceacuteridos asiacute como muchos de sus derivados se
usan mucho como emulsionantes pues tiene una parte hidroacutefoba y otra
hidroacutefila desarrollan un determinado valor de BHL (Balance Hidrofiacutelico-
Lipoliacutetico) que depende de su estructura quiacutemica y seguacuten esto tiene una
aplicacioacuten especiacutefica Algunos monoacilgliceacuteridos manifiestan una fuerte
actividad antimicrobiana contra bacterias gram positivas y algunas
levaduras en este sentido los monoacilgliceacuteridos con aacutecidos grasos de
cadena media media son muy efectivos El monolaurato de glicerilo se ha
usado en carnes y pescados contra estafilococcus y estreptococcus y en
ocasiones contra Clostridium botulinum (Badui 1995)
23132 TRIACILGLICEacuteRIDOS
Seguacuten Badui (1996) son los acilgliceacuteridos maacutes abundantes en la
naturaleza y los principales componentes de todas las grasas y aceites ya
que representan maacutes del 95 de su composicioacuten se puede considerar que
la hidroacutelisis de 100 g de eacutestos produce cerca de 95 g de aacutecidos grasos Los
trigliceacuteridos forman parte de las grasas sobre todo de origen animal Los
aceites son trigliceacuteridos en estado liacutequido de origen vegetal o que
provienen del pescado
Seguacuten Braverman (1980) los trigliceacuteridos triacilgliceacuteridos o triacilgliceroles
estaacuten formado por una moleacutecula de glicerol que tiene esterificados sus tres
grupos hidroxilo por tres aacutecidos grasos saturados o insaturados en las
grasas y aceites los tres hidroacutexilos de la moleacutecula del glicerol participan en
uniones eacutester de alliacute su nombre de trigliceacuteridos o gliceacuteridos neutros
Glicerol o Glicerina 1 - monoacilgliceacuterido diacilgliceacuterido
68
CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR
Foacutermula general de un trigliceacuterido
donde R R y R son aacutecidos grasos los tres aacutecidos grasos pueden ser
diferentes todos iguales o soacutelo dos iguales y el otro distinto
Badui (1995) menciona que las caracteriacutesticas fiacutesicas y quiacutemicas de los
trigliceacuteridos dependen fundamentalmente del tipo la concentracioacuten y la
forma de distribucioacuten de sus aacutecidos grasos en las tres posiciones Las
posibles combinaciones son muy variadas por ejemplo en caso de tener
soacutelo dos aacutecidos grasos (A y B) se obtienen seis combinaciones isomeacutericas
(AAB ABA ABB BBA BAA y BAB) y cuando tiene tres se forman hasta
18 combinaciones Por ejemplo en el caso de la manteca de cacao que
tiene 10 aacutecidos grasos como principales constituyentes se puede tener
hasta 550 posibles combinaciones de triacilgliceacuteridos sin embargo el 80
de eacutestos son los trigliceacuteridos disaturados palmiacutetico-oleico-palmiacutetico
palmiacutetico-oleico-esteaacuterico y esteaacuterico-oleico-esteaacuterico
Otro ejemplo es la representacioacuten de un trigliceacuterido que contiene dos
radicales de aacutecido oleico y uno de aacutecido palmiacutetico combinados con glicerol
(la cadena vertical de carbonos) esta es una foacutermula estructural tiacutepica del
aceite de oliva (Badui 1995)
En la siguiente figura muestra la estructura tridimensional de la triestearina
un trigliceacuterido con tres radicales de aacutecido esteaacuterico La triestearina es un
componente menor de muchas grasas naturales
Fig 32 Estructura Tridimensional de la Triestearina
C181
C181
C160
C180
C180
C180
69
La distribucioacuten de aacutecidos en los trigliceacuteridos mixtos ha sido motivo de
muchas investigaciones de las que se han desprendido diferentes
hipoacutetesis para explicar este fenoacutemeno Una de las primeras es la del
ldquotriacilgliceacuterido simplerdquo que supone que cada triacilgliceacuterido contiene un
solo tipo de aacutecido graso por lo que debe existir igual nuacutemero de
triacilgliceacuteridos que de aacutecidos grasos Otra teoriacutea es la de la ldquodistribucioacuten
homogeacuteneardquo en la que establece que los aacutecidos grasos estaacuten
equitativamente distribuidos en concentraciones iguales en cada uno de los
triacilgliceacuteridos La ldquodistribucioacuten al azarrdquo se basa en la probabilidad y la
factibilidad de que un aacutecido graso se encuentre en un triacilgliceacuterido
depende directamente de su concentracioacuten pero muchos liacutepidos se
desviacutean completamente de eacuteste sistema por lo que la teoriacutea ha sido
abandonada Otra teoriacutea es la llamada ldquodistribucioacuten 13 al azar 2 al azarrdquo
en la cual se considera que las posiciones 1 y 3 del triacilgliceacuterido estaacuten
ocupadas por el mismo tipo de aacutecido graso mientras que la 2 lo eacutesta por
otro diferente teoriacutea maacutes estudiada (Badui 1995)
Los principales grupos de triacilgliceacuteridos que constituyen una grasa se
pueden separar por meacutetodos de cristalizacioacuten fraccionada la determinacioacuten
de sus aacutecidos grasos se efectuacutea con un anaacutelisis de estereoespeciacutefico en el
cual se aprovecha la especificidad de accioacuten de varias enzimas hidroliacuteticas
la lipasa pancreaacutetica y algunos agentes quiacutemicos que hidrolizan los
triacilgliceacuteridos para producir 12-diacilgliceacuteridos 23-diacilgliceacuteridos 2-
monoacilgliceacuteridos y aacutecidos graso libres A su vez cada una de estas
fracciones tienen una diferente capacidad de reaccionar con otros
compuestos o de ser atacados por una enzima especifica como la
fosfolipasa (Badui 1995)
2314 ACEITES Y GRASAS
Seguacuten la Norma General del Codex para Grasas y Aceites Comestibles
volumen 8 (CACRS 19-1969-Rev1) se entiende por grasas y aceites
comestibles los alimentos que se utilizan para consumo directo inclusive en
servicios de comidas o como ingredientes en la elaboracioacuten de productos
alimenticios Se componen de gliceacuteridos de aacutecidos grasos y son de origen
vegetal animal o marino Podraacuten contener pequentildeas cantidades de otros
liacutepidos tales como fosfaacutetidos de constituyentes insaponificables y de aacutecidos
grasos libres naturalmente presentes en las grasas o aceites
Cuando son soacutelidos se llaman grasas y cuando son liacutequidos se llaman
aceites La estructura de los aacutecidos grasos que los componen son en realidad
el factor determinante cuanto maacutes saturados sean los aacutecidos grasos mayor
seraacute el punto de fusioacuten de la grasa Todas las grasas y aceites son mezclas de
70
trigliceacuteridos Muy raro es el caso en el cual los tres hidroxilos esteacuten
esterificados por el mismo aacutecido graso (Braverman 1980)
23141 COMPOSICIOacuteN
Braverman (1980) nos indica que los aceites y grasas tienen como
componente principal a los Trigliceacuteridos los cuales representan
normalmente maacutes del 95 en peso de la mayoriacutea de las grasas y aceites
alimentarios
Como componentes minoritarios de los aceites y grasas naturales existe
una gran cantidad de sustancias liposolubles que acompantildean a los
trigliceacuteridos Este grupo comprende pigmentos (clorofilas carotenoides)
productos de oxidacioacuten (aldehiacutedos cetonas) aacutecidos grasos libres
esteroles etc En los aceites comestibles la mayor parte de estos
componentes se eliminan durante el refinado (Braverman 1980)
Seguacuten Salas (2004) los componentes minoritarios son
Acido grasos libres Son aacutecido grasos no esterificados presentes en
una grasa Algunos aceites no refinados presentan un alto contenido de
estos Su presencia aumenta la reactividad quiacutemica (oxidacioacuten y
polimerizacioacuten)
Fosfaacutetidos Son polialcoholes (generalmente glicerol) combinados con
aacutecidos grasos aacutecido fosfoacuterico y un compuesto nitrogenado La lecitina y
la cefalina son fosfaacutetidos maacutes comunes de las grasas comestibles En
la praacutectica el proceso de refinado los elimina
Esteroles Tambieacuten denominados alcoholes esteroideos constituyen
una familia de sustancias que contiene un nuacutecleo comuacuten esteroideo
maacutes una cadena de 8-10 aacutetomos de carbono y un radical alcohol Se
hallan tanto en grasas animales como en los aceites vegetales pero
con una clara diferencia bioloacutegica El colesterol es el esterol mayoritario
en las grasas animales pero se encuentra en cantidades traza en los
aceites vegetales Los esteroles de los aceites vegetales se denominan
colectivamente ldquofitoesterolesrdquo El sitosterol y el stigmasterol son los
esteroles de aceites vegetales maacutes conocidos Su cantidad variacutea con el
origen del aceite
Tocoferoles Se encuentran en las grasas de origen vegetal y no se
encuentran en cantidades apreciables en las grasas de origen animal
sirven como agentes antioxidantes Entre los tocoferoles alfa- tocoferol
tiene la actividad vitamiacutenica E maacutes elevada y la menor actividad
71
antioxidante Las actividades antioxidantes de otros tocoferoles en
orden decreciente son delta beta o gamma y alfa
Carotenoides y Clorofilas Son pigmentos presentes naturalmente en
grasas y aceites Los niveles de la mayoriacutea de los compuestos
coloreados se reducen durante el proceso de los aceites para darles un
color aroma y estabilidad aceptables
Estas acostumbran a acompantildear a las grasas ordinariamente en cantidad
insignificante junto a otros importantes compuestos que incluyen las
vitaminas liposolubles (A E D y K) colesteroles y otros alcoholes y ciertos
hidrocarburos La mayor parte de estos componentes se reuacutenen en la
fraccioacuten insaponificable de los aceites y las grasas (Salas 2004)
En el Cuadro 10 se muestra la composicioacuten de algunos aceites y grasas
de acuerdo a su contenido de aacutecido grasos
72
Cuadro 12 Composicioacuten de aacutecidos grasos de varias grasas y aceites comestibles
Porcentaje de peso total de aacutecidos grasos
Mono-insaturada
Aacutecido
Caacuteprico
Aacutecido
Laacuteurico
Aacutecido
Miriacutestic
o
Aacutecido
Palmiacutetico
Aacutecido
EsteaacutericoAacutecido Oleico
Aacutecido
Linoleico (ω6)
Aacutecido Alfa-
Linoleacutenico (ω3)
C100 C120 C140 C160 C180 C181 C182 C183
Aceite de
almendra97 - - - 7 2 69 17 -
Sebo vacuno 09 - - 3 24 19 43 3 1
Mantequilla
(vacuna)05 3 3 11 27 12 29 2 1
Grasa de
leche (cabra)05 7 3 9 25 12 27 3 1
Grasa de
leche
(humana)
10 2 5 8 25 8 35 9 1
Aceite de
canola157 - - - 4 2 62 22 10
Mantequilla
de cacao06 - - - 25 38 32 3 -
Aceite de
hiacutegado de
bacalao
29 - - 8 17 - 22 5 -
Aceite de
coco01 6 47 18 9 3 6 2 -
Aceite de
maiacutez67 - - - 11 2 28 58 1
Aceite de
algodoacuten28 - - 1 22 3 19 54 1
Aceite de
linaza90 - - - 3 7 21 16 53
Aceite de
semilla de
uva
73 - - - 8 4 15 73 -
Manteca de
cerdo12 - - 2 26 14 44 10 -
Aceite de
oliva46 - - - 13 3 71 10 1
Aceite de
palma10 - - 1 45 4 40 10 -
Oleiacutena de
palma13 - - 1 37 4 46 11 -
Aceite de
palmiste02 4 48 16 8 3 15 2 -
Aceite de
cacahuete40 - - - 11 2 48 32 -
Aceite de
caacutercamo101 - - - 7 2 13 78 -
Aceite de
seacutesamo66 - - - 9 4 41 45 -
Aceite de
soja57 - - - 11 4 24 54 7
Aceite de
girasol73 - - - 7 5 19 68 1
Aceite de
nuez53 - - - 11 5 28 51 5
No de alto contenido oleiacuteco Los porcentajes pueden no sumar al 100 debido al redondeo de las cifras y a constituyentes no
incluidos en la lista Los porcentajes representan promedios comunes
Fuente Grasas y aceites en la nutricioacuten humana Consulta FAOOMS de expertos 1997
Aceite o
Grasa
Proporcioacuten
InsatSat
Saturada Poli-insaturada
73
En el Cuadro no contiene la siguiente informacioacuten El aceite de coco
tambieacuten llamado aceite de copra tiene 8 de aacutecido capriacutelico (C80) El
aceite de hiacutegado de bacalao tiene 7 de aacutecido palmitoleico (C161) 17
de aacutecidos grasos insaturados C20 (10 EPA) y el 11 de aacutecidos grasos
insaturados C22 (6 de DHA) El aceite de cacahuete tiene
aproximadamente el 5 de aacutecidos grasos C220 y C240 (Consulta
FAOOMS de expertos 1997)
La mantequilla vacuna tiene 4 de aacutecido butiacuterico (C40) y 2 de aacutecido
caproico (C60) La grasa de leche de cabra tiene 4 de aacutecido butiacuterico
(C40) 3 de aacutecido caproico (C60) y 3 de aacutecido capriacutelico (C80) El
sebo vacuno la mantequilla vacuna la grasa de leche humana y la
manteca de cerdo tienen alrededor de 3 de aacutecido palmitoleico (C161)
(Consulta FAOOMS de expertos 1997)
23142 CLASIFICACIOacuteN DE ACEITES Y GRASAS
Salas (2004) las clasifica seguacuten sus caracteriacutesticas estableciendo cinco sub
grupos
Grasas Laacutecteas Se caracterizan por contener de 30 - 40 de aacutecido
oleico de 24 - 32 de aacutecido palmiacutetico y de 10 - 15 de aacutecido
esteaacuterico Son las uacutenicas grasas comestibles que contienen aacutecido
butiacuterico en cantidades de 3 ndash 15
Grasas lauacutericas Contienen de 40 ndash 50 de aacutecido lauacuterico Este grupo
es muy bajo el grado de instauracioacuten por lo que es relativamente
elevada la estabilidad de eacutestas Entre ellas destacan las grasas de
coco palma babasu y coquilla
Grasas ricas en aacutecido Oleico y Linoleico es el grupo maacutes amplio y
variado comprenden grasas y aceites de origen vegetal tienen ademaacutes
un contenido de aacutecidos saturados que no suelen superar el 20
Muchos de ellos provienen de semillas coco los aceites de algodoacuten
maiacutez seacutesamo cacahuate girasol y caacutertamo mientras que otros se
obtiene del tegumento o pulpa de los frutos como los aceites de oliva o
de palma
Grasas ricas en aacutecido linoleacutenico poseen cantidades considerables
de eacuteste aunque tambieacuten son importantes las concentraciones de aacutecido
oleico y linoleico Tienen propiedades secantes Tenemos por ejemplo
el aceite de soya tambieacuten el aceite de germen de trigo caacutentildeamo prilla y
linaza
74
Grasas de Origen Animal procedente de Tejidos Adiposos
Formado principalmente por manteca de cerdo y los sebos de bovino y
ovino Contienen de un 30 a un 40 de aacutecidos grasos saturados y
alrededor de 60 de aacutecido Oleico y Linoleico
23143 FUENTES DE GRASAS Y ACEITES
Las grasas y aceites vegetales extraiacutedos de las semillas oleaginosas y
frutos se utilizan principalmente como aceites comestibles aceites y las
grasas de fritura y para la preparacioacuten de margarinas y grasas
emulsionables ldquoShorteningsrdquo (Cheftel 1988)
Las grasas y aceites animales se extraen principalmente de los tejidos
adiposos de reserva las que provienen de rumiantes son por lo general
maacutes saturadas El tejido adiposo del cerdo llamado tocino contiene ceacutelulas
y agua por fusioacuten da la manteca de cerdo utilizada para frituras y bolleriacutea
los tejidos adiposos de vaca y carnero dan por fusioacuten los sebos utilizados
especialmente para la fabricacioacuten de jabones El aceite de ballena y de
pescados suministran aceites secantes utilizados para las pinturas Para
su empleo en alimentacioacuten humana o animal hay que hidrogenar
previamente estas grasas y aceites tan insaturados (Cheftel 1988)
2315 CERAS
Las ceras son un tipo de liacutepidos en el que los aacutecidos grasos se encuentran
esterificados por monoalcoholes superiores en vez del glicerol Estos
alcoholes contienen entre 24 y 36 aacutetomos de carbono Las ceras naturales son
mezclas de muchos eacutesteres de esta clase que a menudo contiene alcoholes no
esterificados cetonas e hidrocarburos con un nuacutemero impar de aacutetomos de
carbono Las ceras sirven principalmente como coberturas protectoras y
repelentes del agua en la superficie de los tejidos y organismos Su funcioacuten es
impedir la evaporacioacuten indebida de humedad o que el agua ambiental invada al
tejido (Braverman 1980)
Algunas ceras de importancia son la cera de abeja ndash segregada por las abejas
y que contiene entre otros componentes aacutecido palmiacutetico y ceroacutetico asiacute como
alcohol melisiacutelico la cera de carnauba ndash que cubre las hojas de la palmera de
carnauba y que contiene alcoholes y aacutecidos auacuten mayores la lanolina ndash un
material ceroso que se obtiene de la lana el llamado esperma de ballena ndash que
se halla en la cabeza del cachalote y que contiene los alcoholes cetiacutelico y
oleiacutelico juntos con aacutecido palmiacutetico
Como regla general las ceras son soacutelidos con puntos de fusioacuten entre 60ordm y 80ordm
C son maacutes resistentes a la saponificacioacuten que las grasas y aceites asiacute como
menos susceptibles a la autoxidacioacuten (Braverman 1980)
75
2316 FOSFOLIacutePIDOS
Seguacuten Badui (1995) son liacutepidos que contiene un grupo de aacutecido fosfoacuterico es
difiacutecil de clasificar en razoacuten a su amplia heterogeneidad Sin embargo un
subgrupo el de los fosfogliceacuteridos (tambieacuten llamados glicerofosfaacutetidos) es el
maacutes importante
La estructura general de un fosfogliceacuterido es la siguiente
Donde R1 y R2 son aacutecidos grasos OX es la moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico Dos
hidroxilos del residuo del glicerol estaacuten esterificados con aacutecidos grasos El
tercer hidroxilo se encuentra unido a aacutecido fosfoacuterico el cual a su vez estaacute
ligado por una unioacuten eacutester con XndashOH generalmente un amino-alcohol
(Braverman 1980)
El extremo de aacutecido fosfoacuterico de la moleacutecula es fuertemente polar e hidrofiacutelico
mientras que las ldquocolasrdquo de aacutecidos grasos son no polares Esta estructura dual
(a veces denominada anfifaacutetica) hace de los fosfogliceacuteridos valiosos agentes
tensoactivos y estabilizadores de emulsiones Los fosfogliceacuterdios son
importantes constituyentes de la pared celular y representan un 90 de la
fraccioacuten lipiacutedica de la mitocondria (Braverman 1980)
Debido a su elevada instauracioacuten los fosfogliceacuteridos se oxidan faacutecilmente e
inician muchas reacciones de deterioro en grasas y aceites sin embargo en
algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los
liacutepidos que los contienen es decir dependiendo de su concentracioacuten estos
compuestos pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes
Por otra parte tambieacuten es interesante anotar que la hidroacutelisis del enlace eacutester
de los fosfoliacutepidos es maacutes raacutepida que la que se lleva a cabo con los distintos
trigliceacuteridos (Badui 1995)
La lecitina fosfogliceacuterido de colina o fosfatidil colina es una fosfoliacutepido
ampliamente distribuido que puede hallarse en tejido de animales en la yema
de huevo y en las semillas La lecitina de la semilla de soja se produce
comercialmente y se emplea principalmente como gente emulsificante en el
chocolate y otros alimentos (Braverman 1980)
76
La lecitina de distintos oriacutegenes contiene diferentes grupos de aacutecidos grasos
tanto saturados como no saturados Como ya se indicoacute la lecitina es anfoacutetera
A pH 7 forma un ioacuten dipolar en el que la carga negativa sobre el residuo de
aacutecido fosfoacuterico se ve neutralizada por una carga positiva sobre el nitroacutegeno
cuaternario de la colina Las lecitinas asiacute como otros fosfoliacutepidos se oxidan
faacutecilmente o se hidrolizan y se combinan con una cantidad de otras
sustancias tales como proteiacutenas y carbohidratos (Braverman 1980)
Las cefalinas son fosfaacutetidos presentes en la yema de huevo asiacute como en
muchos tejidos animales (tejido nervioso) Otro fosfaacutetido muy abundante es la
fosfatidil serina El tejido muscular contiene de 05 a 10 de fosfoliacutepidos
(fosfatidilcolina fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilinositol y un
fosfoliacutepido aacutecido que es la cardiolipina) cuyos aacutecidos grasos son mucho maacutes
insaturados que los trigliceacuteridos del muacutesculo y que los del propio tejido
adiposo la oxidacioacuten puede iniciarse precisamente en esta fraccioacuten de la
carne lo cual genera aldehiacutedos que a su vez intervienen en mecanismos de
oscurecimiento no enzimaacutetico (Braverman 1980)
2317 ESTEROLES
Estas sustancias estaacuten integradas por el grupo quiacutemico
ciclopentanoperhidrofenantreno o esternao moleacutecula de 17 carbonos formada
por tres anillos hexagonales y uno pentagonal Se encuentra tanto en le reino
vegetal como animal en el primero reciben el nombre de fitoesteroles entre
los que destacan el sitosterol y el estigmasterol por su parte es el colesterol es
el esterol animal maacutes abundante e importante se encuentra como parte
integral de las membranas celulares y es de vital importancia en la siacutentesis de
un gran nuacutemero de hormonas aacutecidos biliares entre otras la cortisona de la
glaacutendula adrenal y las hormonas sexuales asiacute como de la vitamina D (Badui
1995)
Es interesante hacer notar que el colesterol se encuentra en el organismo
humano (en la sangre de 150 a 300 mg por 100 ml) soacutelo aproximadamente
35 proviene de la dieta y el resto es sintetizado en el hiacutegado En la yema del
huevo el colesterol representa 5 del total de liacutepidos lo que equivale
aproximadamente a 225-275 mg por cada huevo (Badui 1995)
En la leche estaacute en una concentracioacuten de 120 mg por litro El consumo
excesivo de colesterol y de grasas saturadas incrementa el contenido del
primero en la sangre lo que a su vez puede provocar de deposicioacuten de
plaquetas lipiacutedicas que causan enfermedades cardiovasculares (Badui 1995)
77
2318 PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS
Badui (1995) menciona las siguientes
A) Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que la uacuteltima fraccioacuten soacutelida de
grasa se funde El punto de fusioacuten de los aacutecidos grasos aumenta con la
longitud de la cadena y disminuye con el aumento de doble enlaces El
punto de fusioacuten es determinante para dar la apariencia a una grasa ya que
si este es elevado su apariencia a temperatura ambiente seraacute soacutelida o
semisoacutelida (mantecas sebos y mantequilla) y a su vez si este es bajo su
apariencia seraacute liacutequida (aceites) Las grasas y aceites como mezclas de
gliceacuteridos y otras sustancias no tienen punto de fusioacuten neto y definido
B) Calor especiacutefico Su conocimiento es muy uacutetil para logar el adecuado
comportamiento en los procesos tecnoloacutegicos en que se someten El calor
especiacutefico de los trigliceacuteridos en su estado fiacutesico original son similares y
pueden aumentar seguacuten su instauracioacuten Los valores de las grasas liacutequidas
son el doble que las grasas soacutelidas
C) Viscosidad Es la resistencia tangencial que un fluido en movimiento
opone a un esfuerzo cortante Es de importancia para el uso de los aceites
y grasas La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena de los aacutecidos
grasos de los trigliceacuteridos y disminuye cuando aumenta la instauracioacuten
D) Peso especiacutefico Es la relacioacuten entre la masa de una sustancia y la masa
de igual volumen de agua a una temperatura dad Variacutea en razoacuten directa
con el estado de no saturacioacuten de sus aacutecidos constituyentes y en razoacuten
inversa con su peso molecular
E) Iacutendice de refraccioacuten (IR) Mide el cambio de direccioacuten que se produce
cuando un rayo de luz pasa a traveacutes de la sustancia problema Tiene
relacioacuten estrecha con el peso molecular medio y con el grado de
instauracioacuten
Es una caracteriacutestica muy uacutetil para clasificar raacutepidamente aceites no
identificados o para observar los procesos de hidrogenacioacuten cataliacutetica El
Iacutendice de Refraccioacuten sirve para determinar el Iacutendice de Yodo Se ve
afectado por la temperatura (al aumentar la temperatura baja el IR) Los
aacutecidos grasos Libre tambieacuten bajan el IR La medicioacuten se realiza con un
Refractoacutemetro ABBE normalmente la temperatura del aceite debe ser de
25ordm C para grasas parcialmente hidrogenadas a 40ordm C para grasas
hidrogenadas a 60ordm C y para ceras a 80ordm C
78
F) Iacutendice de Acidez (IA) Es el maacutes importante el primero a tener en cuenta
se define como los mg de KOH que se necesitan para neutralizar los
aacutecidos grasos libres contenidos en 1 gr de grasa o aceite y se expresa
como porcentaje de aacutecidos grasos calculados en teacuterminos del aacutecido oleico
G) Iacutendice de saponificacioacuten (IS) Son los mg de KOH necesario para
saponificar 1 gramo de grasa o aceite Es la hidroacutelisis total de los
trigliceacuteridos dando como resultado la glicerina por un lado y las sales de
los aacutecidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro Se trabaja a
ebullicioacuten los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso
molecular medio de una grasa o aceite
H) Iacutendice de yodo (IY) Son los gramos de yodo que se fijan a absorben en
los dobles enlaces de los aacutecidos grasos insaturados por 100 gramos de
liacutepido en condiciones estandarizadas Se mide las insaturaciones por la
proporcioacuten del yodo fijado es un anaacutelisis cuantitativo (reactivo de Wijss)
Estaacute relacionado con el punto de fusioacuten y densidad de la materia grasa
La hidrogenacioacuten baja el IY su determinacioacuten es uacutetil para caracterizar
diferentes grasas y para descubrir si estaacuten o no mezcladas
I) Iacutendice de peroacutexido (IP) Mide el grado de oxidacioacuten de liacutepidos en grasas y
aceites pro no su estabilidad Este valor es definido como los
miliequivalentes de peroacutexidos por Kg de grasa Es una medida de
formacioacuten de peroacutexidos o hidroperoacutexidos que son los productos iniciales de
la oxidacioacuten de liacutepidos
J) Iacutendice de Reichert- Meissl Son los mL de solucioacuten de NaOH 01 N
necesarios para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles y solubles en agua
de 5 gramos a 15ordm C Se emplea para caracterizar las grasas laacutecteas ya
que mide la cantidad de aacutecidos de menos de 12 aacutetomos de carbono
abundantes en la leche
K) Iacutendice de Polenske Son los ml de solucioacuten de NaOH 01 N necesarios
para neutralizar los aacutecidos grasos volaacutetiles insolubles en agua de 5 gramos
de una grasa a 15ordmC
Otros anaacutelisis son como Temperatura de formacioacuten de humo o punto humo
es la temperatura a la cual se producen compuestos d descomposicioacuten en
una cantidad suficiente para volverse visible
La prueba de friacuteo se aplica fundamentalmente para determinar la eficiencia
del proceso de hibernacioacuten Se mantienen la muestra de aceite en un bantildeo
de hielo a 0ordm C y se mide el tiempo que permanece transparente
79
2319 NATURALEZA FIacuteSICA DE LAS GRASAS
23191 PLASTICIDAD
El acondicionamiento a una cierta temperatura de una grasa se puede
interpretar como proceso por el cual unos cristales constituidos por
moleacuteculas de diferentes gliceacuteridos (que difieren notablemente en su punto
de fusioacuten) se reforman para dar una mejor proporcioacuten de cristales de mayor
homogeneidad (Bailey 2001
La plasticidad tiene que ver con el punto se fusioacuten A diferencia de los
compuestos quiacutemicos puros las grasas no se funden a una temperatura
fija sino dentro de un valor de temperatura pues estaacuten constituidas por
varios trigliceacuteridos cada uno con un punto de fusioacuten distinto Las grasas se
pueden procesar para modificar los aacutecidos grasos y alterar su punto de
fusioacuten En este intervalo son plaacuteticas es decir son blandas y se pueden
extender o untar pero no fluyen Esta tecnologiacutea se ha utilizado para
producir pastas y quesos para untar y conseguir que se puedan extender
con facilidad (Bailey 2001)
23192 POLIMORFISMO
Seguacuten Badui (1995) como ocurre con otras sustancias cuando los aceites
y las grasas se enfriacutean por debajo de su punto de solidificacioacuten son
capaces de adquirir varias estructuras tridimensionales o cristales eacutestos
tiene la misma composicioacuten quiacutemica pero presentan propiedades fiacutesicas
muy diferentes entre siacute sobre todo en el tamantildeo del cristal y con su
temperatura de fusioacuten
El polimorfismo es un fenoacutemeno mediante el cual las grasas cambian de
tipo de cristal hasta llegar al que es termodinaacutemicamente maacutes estable esta
transformacioacuten depende de diversos factores principalmente de la
velocidad de enfriamiento y de la temperatura final y en su caso del
disolvente utilizado El polimorfismo se observa en estado soacutelido sin que
exista fusioacuten del liacutepido (Badui 1995)
Es importante conocer estas transformaciones ya que las caracteriacutesticas de
cada polimorfo se reflejan a su vez en las grasas y aceites causando en
algunos casos serios problemas de estabilidad en los alimentos Para
simplificar el estudio de este fenoacutemeno se han utilizado a trigliceacuteridos
monoaacutecidos saturados con un nuacutemero par de aacutetomos de carbono tales
como la triestearina la tripalmitina etc la aplicacioacuten de anaacutelisis mediante
teacutecnicas de difraccioacuten X espectroscopia infrarroja resonancia magneacutetica
80
nuclear calorimetriacutea diferencial de barrido y otras ha proporcionado
informacioacuten que ha hecho posible un conocimiento maacutes preciso del
polimorfismo Con base en estos anaacutelisis se han identificado diversas
distribuciones de empaquetamiento de las cadenas entre las que destacan
la hexagonal la ortorroacutembica y la tricliacutenica comuacutenmente designadas como
acutey El polimorfismo maacutes estable es el que corresponde al (Badui
1995)
23110 MODIFICACIOacuteN DE LAS GRASAS
231101 HIDROGENACIOacuteN
La hidrogenacioacuten consiste en fijar el hidroacutegeno en los dobles enlaces de los
aacutecidos grasos no saturados Mediante este proceso se transforman los
aceites liacutequidos en semisoacutelidos maacutes faacutecilmente manejables y con una vida
de anaquel maacutes larga
Durante la hidrogenacioacuten los aacutecidos grasos insaturados estaacuten sujetos a tres
transformaciones quiacutemicas (a) la saturacioacuten de una proporcioacuten
determinada de las dobles enlaces (b) la isomerizacioacuten cis-trans de otra
parte de dichos aacutecidos y (c) la isomerizacioacuten posicional de lagunas
instauraciones que lleva cabo en menor intensidad que los otros cambios
(Badui 1995) Ver figura 8
CH3-(CH2)7
CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH3-(CH2)7
C = C
H CH2)7 - COOH
H
CH3-(CH2)9
CH3-(CH2)7 ndash CH2 ndash CH2-(CH2)7 - COOH
C = C
H H
CH2)5 - COOH
AacuteCIDO ELAIacuteDICO (1)
AacuteCIDO ESTEAacuteRICO (2)
AacuteCIDO ISOLEICO (3)
AacuteCIDO OLEICO
Fig 33 Transformaciones del aacutecido oleico durante su hidrogenacioacuten(1)
isomerizacioacuten geomeacutetrica (2) saturacioacuten y (3) isomerizacioacuten posicional Fuente
Badui 1995
La hidrogenacioacuten de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes
objetivos
81
Aumentar el punto de fusioacuten del producto final transformando aceites
en grasas
Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final eliminando los
aacutecidos linoleacuteico y linoleacutenico principales responsables del deterioro del
producto por oxidacioacuten
Cheftel (1992) indica que existen dos tipos de hidrogenaciones cuyas
aplicaciones son distintas
A) HIDROGENACIOacuteN SELECTIVA
Para reducir el contenido en aacutecido lipoleacutenico y asiacute aumentar la
estabilididad asiacute por ejemplo en aceite de soja se puede bajar su
contenido en aacutecido linoleacutenico de 9 a menos de 1 Los
catalizadores que se dispone no permiten la hidrogenacioacuten selectiva
de solo el aacutecido linoleacutenico en aacutecido linoleico inicialmente presente
tambieacuten se transforma en aacutecido oleico Asiacute el Iacutendice de Yodo del
aceite de soja baja de 130 a 115 La Hidrogenacioacuten selectiva da
origen a la formacioacuten de Isoacutemeros de posicioacuten (40 a 50) de
conjugacioacuten (un 2) y a estereoisoacutemeros trans (10 a 15) de los
aacutecidos oleico y linoleico El producto final contiene usualmente
grandes cantidades de aacutecidos grasos trans La selectividad puede
expresarse con relacioacuten a los coeficientes de velocidad
B) HIDROGENACIOacuteN PARCIAL O TOTAL
Tiene por finalidad la obtencioacuten de grasas soacutelidas base de la
fabricacioacuten de margarinas o grasas emulsionables se busaca
aumentar el punto de fusioacuten con el fin de obtener liacutepidos que
tengan a la temperatura ambiente la consistencia deseada esto se
debe principalmente a la forma trans (Cheftel 1988)
El producto resultante es una grasa con un iacutendice de yodo (IV)
cercano a 0 y un punto de fusioacuten muy elevado Por siacute misma esta
grasa no es adecuada para el consumo (es demasiado soacutelida y
desagradable) pero puede combinarse con otros procesos como la
interesterificacioacuten para lograr una curva de soacutelidos adecuada para
su consumo La grasa totalmente hidrogenada estaacute formada
uacutenicamente por aacutecidos grasos saturados y por tanto no contiene
grasas trans (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten se realiza de manera discontinua
haciendo pasar el hidroacutegeno en presencia de un catalizador por el
82
aceite que estaacute a maacutes de 100ordm C Los paraacutemetros que se manejan
son la temperatura (100 a 200ordm C) la presioacuten (760 a 7600 torrs)
velocidad de inyeccioacuten del Hidroacutegeno naturaleza y concentracioacuten
del catalizador La reaccioacuten es fuertemente exoteacutermica y necesita
enfriarse siendo este el factor limitante de la velocidad de reaccioacuten
que debe mantenerse en unas 2 unidades de 4 por minutos Los
catalizadores que se usan son el niacutequel (y tambieacuten cobre y paladio)
finamente dividido en dosis de 005 al 02 (Cheftel 1988)
Por lo general la hidrogenacioacuten selectiva se realiza a temperaturas
elevada (195ordm C) durante un tiempo corto (30min) y a una presioacuten
elevada (8000 tors) mientras que para la hidrogenacioacuten parcial se
trabaja a una temperatura y presioacuten inferiores pero durante maacutes
tiempo
La hidrogenacioacuten afecta el valor nutritivo de los liacutepidos rebaja el
contenido de aacutecidos grasos esenciales tambieacuten disminuye el valor
vitamiacutenico y el color de los pigmentos carotenoides (Cheftel 1988)
231102 TRANSESTERIFICACIOacuteN
El proceso de transesterificacioacuten es de los maacutes empleados para modificar
los liacutepidos y asiacute lograr las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y estabilidad
deseada en las grasas y los aceites empleados en la Industria Alimentaria
En condiciones apropiadas de temperatura y medio y maacutes concretamente
es ausencia de agua y en presencia de catalizadores se puede
intercambiar entre siacute las cadenas de aacutecidos graos de los trigliceacuteridos ya
sea en el interior de un mismo trigliceacuterido (transesterificacioacuten
intramolecular) o entre trigliceacuteridos diferentes (transesterificacioacuten
intermolecular) En la praacutectica la transesterificacioacuten es a la vez inter e
intramolecular (Cheftel 1988)
Cheftel (1988) indica que los catalizadores industriales trabajan en el
intervalo de 55 a 135ordm Los catalizadores empleados son zinc estantildeo
aacutecido sulfuacuterico acetatos carbonatos cloruros hidroacutexido de sodio
metoacutexido de sodio etc este uacuteltimo es el maacutes utilizado La cantidad del
catalizador alcalino no debe ser excesiva ya que de otra forma provoca la
saponificacioacuten de las grasas Ademaacutes hay que tener en cuenta que algunos
productos como el metoacutexido de sodio son muy propensos a la inactivacioacuten
o envenenamiento causado por agua por esa razoacuten el liacutepido que se use
como materia prima debe estar bien refinado y muy seco
La transesterificacioacuten al azar se efectuacutea cuando en la grasa ocurre un
intercambio de grupos acilo hasta alcanzar el equilibrio establecido por las
83
leyes probabiliacutesticas de distribucioacuten Por su parte con la transesterificacioacuten
dirigida se logra una distribucioacuten de aacutecidos grasos diferentes a la anterior
lo cual se alcanza al desplazar el equilibrio de la reaccioacuten a una
temperatura en la que los triacilgliceacuteridos trisaturados cristalizan y
precipitan de la fase liacutequida A su vez esto provoca un cambio en la
composicioacuten de los aacutecidos grasos disponibles para la esterificacioacuten lo que
ocasiona la formacioacuten de maacutes triacilgliceacuterdios trisaturados para restablecer
el equilibrio (Cheftel 1988)
La operacioacuten continuacutea hasta llegar a la reduccioacuten deseada de los aacutecidos
grasos saturados y alcanzar la composicioacuten requerida de la fase liacutequida
Como este mecanismo se lleva a cabo a baja temperatura de 30 a 40ordm C
la velocidad con la que se efectuacutea es reducida por lo que se requiere de
muchas horas (Badui 1995)
231103 WINTERIZACIOacuteN
Seguacuten Lawson (1999) es un proceso conocido como ldquoEnfriamiento o
Hibernacioacutenrdquo cuya finalidad es eliminar los triacilgliceacuteridos saturados de
punto de fusioacuten alto y evitar que el liacutepido se enturbie al enfriarse Algunos
aceites contienen trigliceacuteridos saturados en su composicioacuten (por ejemplo el
aceite de pescado) y es necesario proceder a fraccionarlos y luego a
winterizarlos
Los aceites con un iacutendice de yodo (IY) de aproximadamente 105 contienen
gliceacuteridos de puntos de fusioacuten lo suficientemente altos como para
depositarse en forma de cristales soacutelidos cuando se mantienen a
temperaturas moderadamente bajas Esto perjudica las propiedades del
aceite El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse
o solidificarse a temperaturas de refrigeracioacuten (Lawson 1999)
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de
punto de fusioacuten altos separaacutendolos por filtracioacuten La mayor dificultad del
proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del gliceacuterido de
forma que al separarlos retenga la menor cantidad posible de aceite
liacutequido Por esto conviene que durante el proceso se formen cristales
grandes bajando lentamente la temperatura Algunos aceites contienen
una cantidad considerable de sustancias cristalizables La precipitacioacuten se
hace en grandes depoacutesitos mantenidos en caacutemaras refrigeradas La
cristalizacioacuten se hace con la solucioacuten en hexano y en este caso los soacutelidos
precipitados cristalizan en forma maacutes compacta dura y faacutecil de separar
Una vez que se forma la nucleacioacuten el aceite en cristalizacioacuten se mantiene
en reposo para evitar la desintegracioacuten de los cristales La masa separada
se conoce como estearina (Lawson 1999)
84
Las grasas de punto de fusioacuten alto retiradas pueden utilizarse en la
elaboracioacuten de otros productos Algunos aceites como el de colza y
algodoacuten se winterizan para lograr una mejor apariencia final En este caso
los soacutelidos formados son gomas y muciacutelagos (Lawson 1999)
231104 ACETILACIOacuteN
Las grasas acetiladas se forman cuando uno o dos aacutecidos grasos son
reemplazados por aacutecido aceacutetico La presencia del aacutecido aceacutetico disminuye
el punto de fusioacuten de las grasas Las grasas acetiladas se usan como
lubricantes comestibles tambieacuten forman peliacuteculas flexibles y se usan como
agentes de recubrimiento para alimentos especiacuteficos como papas secas
para evitar la peacuterdida de humedad (Lawson 1999)
231105 SAPONIFICACIOacuteN
La saponificacioacuten es una reaccioacuten quiacutemica entre un aacutecido graso (o un liacutepido
saponificable portador de residuos de aacutecidos grasos) y una base o aacutelcali
en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho aacutecido y de
dicha base Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaacuteticos
es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar) con lo cual
pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares Por ejemplo
los jabones son sales de aacutecidos grasos y metales alcalinos que se obtienen
mediante este proceso (Wikipedia Enciclopedia Libre) Ver la siguiente
ecuacioacuten general
Trigliceacuterido glicerol sal de aacutecidos grasos
Los aceites se saponifican originando mezclas de sales de aacutecidos grasos
insaturados y la glicerina ejemplos
85
Para completar esta reaccioacuten en ocasiones se adicionan sales para
favorecer la precipitacioacuten del jaboacuten y el glicerol se recupera mediante
destilacioacuten El glicerol es utilizado en la industria cosmeacutetica para disminuir
la humedad del tabaco y en la industria farmaceacuteutica El jaboacuten es purificado
en agua a la temperatura de ebullicioacuten precipitado secado en moldes
adicionados varios aditivos como perfumes sustancias medicinales
bactericidas etc (Lawson 1999)
Las moleacuteculas de la sal de sodio de los aacutecidos grasos o sea el jaboacuten
presenta accioacuten limpiante debido a su estructura quiacutemica las mismas son
largas cadenas de hidrocarburos que presentan un enlace ioacutenico entre el
anioacuten carboxilato y el sodio lo que le proporciona un caraacutecter hidroacutefilo
(afinidad por el agua) Como resultado eacutel se disuelve en agua sin embargo
la cadena hidrocarbonada es no polar y por tanto hidroacutefoba (no tiene
afinidad por el agua) estos dos efectos contrarios hace que el jaboacuten sea
atraiacutedo por las grasas y por el agua La principal desventaja de los jabones
es que precipita con el agua dura (agua que contiene iones Ca2+ Mg2+
86
Fe2+) debido a que la sal del aacutecido puede intercambiar el ioacuten sodio por el
calcio (Lawson 1999)
23111 DETERIORO DE ACEITES Y GRASAS
Seguacuten Badui (1995) las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes
transformaciones que ademaacutes de reducir su valor nutritivo del alimentos
producen compuestos volaacutetiles que imparten olores y sabores desagradables
esto se debe a que el enlace eacutester de los acilgliceacuteridos es susceptible a la
hidroacutelisis quiacutemica y enzimaacutetica y a que los aacutecidos grasos insaturados son
sensibles a reacciones de oxidacioacuten El grado de deterioro depende del tipo de
grasa o aceite en teacuterminos generales los que maacutes faacutecilmente se afectan son
los de origen marino seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las
grasas animales
El teacutermino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a traveacutes
de los cuales se alteran los liacutepidos y se han dividido en dos grupos lipoacutelisis o
rancidez hidroliacutetica y autooxidacioacuten o rancidez oxidativa
231111 LIPOacuteLISIS O RANCIDEZ HIDROLIacuteTICA
Badui (1995) menciona que esta reaccioacuten es catalizada por las enzimas
lipoliacuteticas llamadas lipasas y en ciertas condiciones por efecto de altas
temperaturas se liberan aacutecidos grasos de los trigliceacuteridos y de los
fosfoliacutepidos
Esta enzima existe en todos los tejidos que contienen liacutepidos Las lipasas
de diferentes oriacutegenes tienen diferentes grados de especificidad En los
animales se producen en el estoacutemago y el intestino En los vegetales y
plantes superiores lignificadas las enzimas lipasas tienen su maacutexima
actividad en el proceso de germinacioacuten de las semillas oleaginosas (Badui
1995 Braverman 1980)
Un ejemplo de la hidroacutelisis de los trigliceacuteridos en presencia de enzimas
lipasas puede ser representado por la siguiente ecuacioacuten quiacutemica
Trigliceacuterido glicerol aacutecido graso
87
Otro ejemplo es ecuacioacuten de hidroacutelisis enzimaacutetica del tripalmitato de
glicerilo
En el caso de las lipasas la especificidad puede implicar la selectividad
hacia distintos aacutecidos grasos como preferencia hacia la posicioacuten de las
uniones eacutester en el seno de la estructura del glicerol Las lipasas
reaccionan en sistemas heterogeacuteneos tales como las emulsiones de
gliceacuteridos en medio acuosos (Badui 1995 Braverman 1980)
Su accioacuten ocurre en la interfase Desde un punto de vista tecnoloacutegico la
consecuencia maacutes importante de la actividad de la lipasa en los alimentos
es la produccioacuten del sabor agrio como resultado de la liberacioacuten de aacutecidos
grasos Los aacutecidos grasos volaacutetiles de cadena corta (aacutecido butiacuterico)
tambieacuten constituyen con un olor caracteriacutestico a los alimentos asiacute
afectados Este tipo de deterioro rancidez hidroliacutetica es muy comuacuten en las
aceitunas leche crema mantequilla y las nueces La hidroacutelisis en la
manufactura de aceite de oliva es un serio problema ocasionando peacuterdidas
en el rendimiento (Braverman 1980)
A diferencia de otras reacciones enzimaacuteticas la lipoacutelisis se puede efectuar
en condiciones de actividad acuosa muy baja como la que prevalece en la
harina de trigo La hidroacutelisis de los acilgliceacuteridos no soacutelo se efectuacutea por
accioacuten enzimaacutetica tambieacuten la provocan las altas temperaturas en
presencia de agua como ocurre durante el freiacutedo de los alimentos
(Polimerizacioacuten) (Badui 1995)
231112 OXIDACIOacuteN
Desde eacutepocas antiguas se conoce la tendencia de las grasas y aceites a
volverse rancios Ya hemos descrito la rancidez hidroliacutetica Un tipo de
rancidez mucho maacutes frecuente y maacutes grave se origina a traveacutes de
reacciones de oxidacioacuten La susceptibilidad de las grasas y los aceites
frente al fenoacutemeno de la oxidacioacuten se asocia con la presencia de ligaduras
no saturadas (Braverman 1980)
88
Se denomina Autooxidacioacuten a la oxidacioacuten espontaacutenea no enzimaacutetica de
los liacutepidos expuestos al aire Este el es tipo maacutes frecuente de deterioro
oxidativo de los liacutepidos en los productos alimenticios manufacturados
(Braverman 1980)
Los sustratos de esta reaccioacuten son principalmente los aacutecidos grasos no
saturados cuando estaacuten libres se oxidan por lo general maacutes raacutepidamente
que cuando son parte de moleacuteculas de trigliceacuteridos o fosfoliacutepidos Pero es
sobre todo el grado de insaturacioacuten el que influye en la velocidad de
oxidacioacuten Esto se ha comprobado en sistemas modelo de eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico oleico linoleico y linoleacutenico que
absorben oxiacutegeno con un patroacuten como el que se muestra en la figura 9
esto indica que los maacutes insaturados necesitan menos tiempo para absorber
la misma cantidad de gas por consiguiente se oxidan maacutes raacutepido Por lo
tanto las grasa y los aceites con mayor iacutendice de yodo se deterioran maacutes
faacutecilmente de ahiacute la importancia de la hidrogenacioacuten para estabilizarlos
(Cheftel 1988 Badui 1996)
100ordm C
Iacutendice de Yodo
Min
uto
s
85 172 260
100
300
500
700
900
1100
1300
Fig 34 Tiempo para absorber 1 g de oxiacutegeno por kilogramo de los eacutesteres
metiacutelicos de los aacutecidos esteaacuterico (iy=0) oleico (iy=856) linoleico (iy=1724) y
linoleacutenico (iy=2604)
Fuente Badui 1996)
89
Cheftel (1988) indica que los aacutecidos grasos saturados soacutelo se oxidan a
temperaturas superiores a 60ordm C mientas que los aacutecidos grasos
poliinsaturados se oxidan incluso durante el almacenamiento de los
alimentos en estado congelado Este fenoacutemeno de oxidacioacuten puede ocurrir
en alimentos con un contenido menor auacuten de 1 de liacutepidos
Para explicar el fenoacutemeno de oxidacioacuten se ha planteado que la
deteriorizacioacuten de los liacutepidos puede llevarse de dos mecanismos ambos
con la participacioacuten de radicales libres y que se diferencian en su etapa de
iniciacioacuten la autooxidacioacuten viacutea radicales libres y la oxidacioacuten fotosintetizada
(Cheftel 1988)
A) RADICAL LIBRE
Un radical libre es cualquier moleacutecula o aacutetomo que tiene en su uacuteltima capa
uno o maacutes electrones desapareados (es decir un nuacutemero impar) Estos
electrones desapareados confieren al radical una enorme reactividad
quiacutemica que le conduciraacute a interactuar raacutepidamente con otras moleacuteculas con
las que entre en contacto (Ramoacuten 1993)
Esta interaccioacuten puede ser con otros radicales o bien con una especie
quiacutemica estable y lo puede hacer de tres maneras el radical puede ceder
su electroacuten desapareado (radical reductor) puede tomar uno de la moleacutecula
estable para aparear asiacute su electroacuten (radical oxidante) o bien puede unirse
a la moleacutecula estable En cualquiera de los tres casos la situacioacuten resultante
es la geacutenesis de otro radical quiacutemicamente agresivo (Ramoacuten 1993)
El oxiacutegeno es una moleacutecula baacutesicamente oxidante hasta el punto que en las
ceacutelulas de metabolismo aerobio es el principal responsable de la produccioacuten
de especies oxidantes Sin embargo como veremos maacutes adelante no todas
ellas tienen un origen endoacutegeno la existencia de factores exoacutegenos como
la radiacioacuten solar toxinas fuacutengicas pesticidas o xenobioacuteticos pueden
incrementar su nivel A la hora de nombrar estos compuestos la
terminologiacutea es muy variada (Ramoacuten 1993)
Lo correcto seriacutea definir a estas sustancias como especies reactivas de
oxiacutegeno ldquoEROrdquo (ROM reactive oxygen metabolites o ROS reactive oxygen
substances) Quiacutemicamente un radical libre se caracteriza por tener un
electroacuten desapareado y el oxiacutegeno singlete o el peroacutexido de hidroacutegeno
derivados del metabolismo del oxiacutegeno (y por tanto ERO) no lo son ya que
ambos poseen el nuacutemero de electrones apareados (Ramoacuten 1993)
Su peculiaridad consiste en que el peroacutexido de hidroacutegeno sin ser realmente
un radical libre se comporta como una sustancia oxidante mientras que el
90
oxiacutegeno singlete presenta un electroacuten en un orbital de mayor energiacutea
produciendo radicales libres cuando lo cede por esta razoacuten emplear el
teacutermino oxidante maacutes global es desde nuestro punto de vista lo adecuado
(Ramoacuten 1993)
B) ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OXIDACIOacuteN DE
LIacutePIDOS
En la oxidacioacuten de los liacutepidos se pueden distinguir tres grupos de
reacciones como se muestra en la siguiente figura
Fig 35 Reacciones de oxidacioacuten de los liacutepidos
Fuente (Cheftel 1988)
a) las reacciones de iniciacioacuten que dan lugar a la formacioacuten de radicales
libres a partir de aacutecidos grasos no saturados o de peroacutexidos lipiacutedicos
(hidroperoacutexidos) b) las reacciones de propagacioacuten que se caracterizan por
una cierta acumulacioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos eacutestas reacciones constituyen
la etapa de oxidacioacuten de los liacutepidos no saturados por el oxiacutegeno gaseoso y
necesitan la intervencioacuten de radicales libres pero los crean tanto como los
consumen c) las reacciones de paralizacioacuten en las cuales los radicales
INICIACIOacuteN
Aacutecido graso no saturado
RH
RADICAL LIBRE
R
PrimariaCatalizada por oxiacutegeno
calor luz algunos
metales
PEROXIDO LIPIacuteDICO
ROOH
O2
RH
R
PROPAGACIOacuteN
- Poliacutemeros
- Epoacutexidos furanos
- Aacutecidos alcoholes hidrocarburos
- Aldehiacutedos y cetonas volaacutetiles
Secundaria
Interaccioacuten con vitaminas A y C
(Oxidacioacuten) y proteiacutenas (escisioacuten o
polimerizacioacuten entre carbonos )
PARALIZACIOacuteN
91
libres se asocian para dar compuestos no radicales eacutestos radicales libres
provienen en gran parte de la descomposicioacuten de peroacutexidos lipiacutedicos que
son sustancias muy inestables y reactivas Entre los compuestos no
radicales que se forman estaacuten los aldehiacutedos y cetonas de bajo peso
molecular que son los responsables del olor rancio algunos de estos
compuestos proceden directamente de la descomposicioacuten de peroacutexidos
(Cheftel 1988)
C) ETAPAS DEL MECANISMO DE REACCIOacuteN DE OXIDACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1988) nos menciona el mecanismo de oxidacioacuten
1 INICIACIOacuteN - AUTOXIDACIOacuteN VIacuteA RADICALES LIBRES
La absorcioacuten de oxiacutegeno exige la intervencioacuten de radicales libres esto
explica que al comienzo de la oxidacioacuten exista un periodo de induccioacuten
hasta que la concentracioacuten en radicales libres alcanza un cierto nivel
Es decir las reacciones de iniciacioacuten primaria que intervienen y cuyo
mecanismo exacto auacuten no estaacute completamente establecido son del tipo
Metal traza
luz o calor
RH R + H
Liacutepido Radical Radical
liacutepidico Hidroacutegeno
RH + O2 ROO + H
Radical Peroxi
ROO + R-H ROOH + R
Radical Peroxi Radical Hidroperoacutexido
Estas reacciones tiene una energiacutea de activacioacuten elevada (35 a 65
Kcalmol) lo que explica que son difiacuteciles y poco probables sin embargo
pueden ser favorecidas por temperaturas elevadas la luz y por trazas de
ciertos metales Los hidroperoacutexidos (ROOH) son considerados como los
productos primarios maacutes importante del proceso de autooxidacioacuten
(Cheftel 1988)
La participacioacuten de antioxidantes (AH) puede romper la cadena de
reaccioacuten reaccionando con los Radicales Peroxi para formar un Radical
92
estable (A) irreactivo o formar productos no radicales dando a lugar a la
etapa de terminacioacuten del proceso
ROO + AH ROOH + A
Radical Antioxidante Radical Radical antioxidante
Peroxi Hidroperoacutexido (IRREACTIVO)
Seguacuten Cheftel (1988) cuando la reaccioacuten estaacute maacutes avanzada y el
contenido de peroacutexidos aumenta surge la llamada iniciacioacuten secundaria
motivada por la descomposicioacuten de peroacutexidos Esta descomposicioacuten
puede ser ldquomonordquo o ldquobimolecularrdquo seguacuten la concentracioacuten de peroacutexidos
Este proceso de descomposicioacuten se da por el fraccionamiento homoliacutetico
del hidroperoacutexido para formar radicales Alcoxi (RO) estos radicales
sufren el rompimiento de enlaces carbono-carbono para formar
pequentildeas fracciones que involucren grupos funcionales como aldehiacutedos
cetonas hidrocarbonos alcoholes eacutesteres furanos y lactosas
Omoacutelisis
ROOH RO + OH
Hidroperoacutexido Radical alcoxi
ROOH R + OH2
La energiacutea de activacioacuten de esta reaccioacuten es elevada y es en torno a 25
Kcalmol Los catalizadores metaacutelicos maacutes energeacuteticos son el hierro
niacutequel cobalto cobre y magnesio Frecuentemente la baja velocidad de
las reacciones de iniciacioacuten constituye un factor limitante en la oxidacioacuten
de los liacutepidos La velocidad de la oxidacioacuten es proporcional al contenido
en peroacutexidos (Cheftel 1988)
2 INICIACION ndash OXIDACIOacuteN FOTOSINTETIZADA
Otra importante ruta por la que el liacutepido insaturado pueda ser oxidado
involucra a la exposicioacuten a la luz y la participacioacuten de un ldquosensitizadorrdquo
(Sens) tal como la clorofila Por este proceso que no involucra radicales
libres el oxiacutegeno del medio ambiente se convierte en su estado exitado
(Singlete acuteO2) debido a la transferencia de energiacutea desde el
fotosinsetizador El oxiacutegeno Singlete es extremadamente activo y al
Oxiacutegeno Atmosfeacuterico se le considera en su estado basal y recibe el
nombre de Triplete 3O2 (Ramoacuten 1993)
93
Radicioacuten solar
Sens Sens + 3O2 acuteO2 + Sens
(Exitada) Atmosfeacuterico Singlete Desactivado
RH + acuteO2 ROOH
Liacutepido Hidroperoacutexido
3 PROPAGACIOacuteN
Seguacuten Cheftel (1992 estaacute constituida por una cadena de dos
reacciones
R1 + O2 R1OO Ea = 0 Kcalmol
Radical Peroxi
R1OO + R2H R1OOH + R2 Ea = 3 a 5 Kcalmol
Radical Hidroperoacutexido
En general estas reacciones son raacutepidas porque los radicales libres
portadores de un electroacuten no apareado son muy reactivos Si se tiene en
cuenta de que estas dos reacciones no modifican el nuacutemero de radicales
libres presentes se puede hacer el siguiente balance
RH + O2 ROOH
Por lo tanto la propagacioacuten se traduce por una oxidacioacuten como
peroacutexidos de liacutepidos no saturados que va paralela con el consumo de
oxiacutegeno gaseoso Al principio se acumulan los peroacutexidos pero
generalmente su proporcioacuten final desciende Por lo consiguiente el
iacutendice de peroacutexidos no constituye una medida efectiva del grado de
oxidacioacuten salvo al principio de la reaccioacuten Por teacutermino medio y teniendo
en cuenta las reacciones de iniciacioacuten y paralizacioacuten cada radical libre
provoca la formacioacuten de 10 a100 moleacuteculas de peroacutexidos (Cheftel
1988)
4 PARALIZACIOacuteN
Se caracteriza por la desaparicioacuten de cierta cantidad de radicales libres
y motivan la formacioacuten de compuestos muy diversos
94
ROO + ROO
ROO + R compuestos no radicales
R + R (Ea= 5 a 8 Kcalmol)
Estas reacciones de paralizacioacuten motivan la formacioacuten de compuestos
muy diversos Por lo general la medida del contenido en ciertos
productos finales no permite valorar el grado de oxidacioacuten pues la
naturaleza de los productos que se forman variacutea seguacuten los sustratos
iniciales y la presioacuten parcial del oxiacutegeno (Cheftel 1988)
En la siguiente figura se ilustra en forma muy clara la secuencia de estas
descomposiciones
Fig36 Curva de Oxidacioacuten de un Aceite
El agente activo que inicia el proceso de la rancidez es en realidad la
luz y la sustancia con la cual reacciona el liacutepido es el oxiacutegeno del aire
Por esta razoacuten se protegen los liacutepidos conservaacutendolos en envases
obscuros o envoltorios capaces de retener la porcioacuten ultravioleta de la
luz (Cheftel 1988)
95
3 PROCEDIMIENTOS DE CONTROL DE CALIDAD
31 INTRODUCCIOacuteN
El presente documento presenta las herramientas estadiacutesticas que han sido
desarrolladas en los Procedimientos de Control de Calidad con el fin de
ponerlos bajo control de manera cuantificada
Algunas definiciones referentes al trabajo que se describe
Proceso Cualquier combinacioacuten determinada de maacutequinas herramientas
meacutetodos materiales yo personal empleada para lograr determinadas
cualidades en un producto o servicio Un cambio en cualquiera de estos
componentes produce un nuevo proceso Estas cualidades (una dimensioacuten una
propiedad del material una apariencia etc) seraacuten llamadas ldquocaracteriacutestica de la
calidadrdquo Algunos procesos son procesos de fabricacioacuten otros son procesos de
servicio
Control El proceso de control es un bucle de retroinformacioacuten a traveacutes del cual
medimos el rendimiento real lo comparamos con la norma y actuamos sobre la
desviacioacuten
Control Estadiacutestico del Proceso Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para la
medicioacuten y anaacutelisis de las variaciones en los procesos
Control Estadiacutestico de Calidad Aplicacioacuten de teacutecnicas estadiacutesticas para medir y
mejorar la calidad de los procesos El control estadiacutestico de la calidad incluye el
control estadiacutestico de los procesos herramientas de diagnosis planes de
muestreo u otras teacutecnicas estadiacutesticas
Como objetivos se plantea
Conocer e identificar las causas que determinan la variabilidad de los
procesos de fabricacioacuten
Conocer e identificar y aplicar procedimientos de control de calidad aplicado
a la Industria Alimentaria
Analizar e interpretar los resultados en un procedimiento de control de
calidad
32 JUSTIFICACIOacuteN
El control de calidad es un proceso crucial para cualquier proceso productivo
Los procedimientos de control de calidad permiten asegurar la correcta
realizacioacuten de un proceso estos controles son necesarios para determinar los
96
puntos de error una vez determinados seraacuten corregidos con ello se podraacute
cumplir los objetivos planteados y legislacioacuten de cada lugar
33 MARCO TEORICO
331 CONTROL DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIOacuteN
El departamento de control de la calidad es responsable de realizar el
monitoreo de las medidas de control de calidad durante la fabricacioacuten Ello
incluye la preparacioacuten de los procedimientos operativos normales las
instrucciones para los operarios y la adopcioacuten de acciones especiacuteficas en
base a los resultados del ensayo de control
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que nunca se
producen dos objetos que sean exactamente iguales En realidad esta idea de
la variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos seres
que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente iguales La
variacioacuten puede ser grande y evidente como es el caso de la diferente altura
de los seres humanos o insignificante como el peso de los marcadores con
punta de fieltro o la forma de los copos de nieve Si las variaciones son muy
pequentildeas los objetos daraacuten la impresioacuten de que son ideacutenticos sin embargo
mediante instrumentos de precisioacuten se haraacute patente la diferencia
El doctor Walter A Shewhart de los Laboratorios de la Bell Telephone
desarrolloacute en la segunda mitad de los antildeos veinte la teoriacutea del control
estadiacutestico de la calidad Analizoacute muchos procesos diferentes y llegoacute a la
conclusioacuten de que todos los procesos de fabricacioacuten presentaban variaciones
Identificoacute dos componentes uno fijo que pareciacutea ser propio del proceso y otro
intermitente Shewhart atribuyoacute la variacioacuten propia habitualmente llamada
variacioacuten no asignable o aleatoria al azar y a causas no identificables y la
variacioacuten asignable o intermitente a causas imputables
332 CAUSAS DE VARIACIOacuteN
La variacioacuten de causas no asignables (aleatorias) o de causas fortuitas o
comunes es aquella variacioacuten natural al proceso la cual es causada por una
cantidad muy grande de factores del propio proceso y cada uno de estos
factores tiene una contribucioacuten tan pequentildea que es econoacutemicamente
incosteable localizar cada factor y reducir su variacioacuten La variacioacuten de causas
no asignables permanece estadiacutesticamente estable diacutea a diacutea y mes a mes a
menos que modifiquemos la tecnologiacutea del proceso y por lo tanto tengamos
otro proceso Cuando en un proceso estaacuten presentes estas causas no
asignables se considera que el proceso se encuentra en estado de control
estadiacutestico
97
La variacioacuten de causas asignables o especiales es una variacioacuten producida
por algo especial que no forma parte del proceso Es estable predecible y se
puede eliminar o reducir Sin embargo cuando en el proceso existan causas
asignables de variacioacuten esta resultara excesiva y al proceso se le clasifica
como fuera de control Una causa asignable podriacutea ser la fuga de aire o de
aceite en una manguera lo cual produce un cambio en el proceso Una causa
asignable podriacutea ser el que se afloje la banda de un motor Una causa
asignable podriacutea ser el que haya un cambio de proveedor y la materia prima
de eacuteste sea de una calidad inferior a la que normalmente se emplea
333 GRAacuteFICAS DE CONTROL DE CALIDAD
3331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL DE VARIABLES
Uno de los axiomas o verdades evidentes de la fabricacioacuten es que
nunca se producen dos objetos que sean exactamente iguales La
variacioacuten es una ley inherente a la naturaleza en donde no hay dos
seres que pertenezcan a la misma categoriacutea que sean exactamente
iguales
La variacioacuten es algo inherente a todo proceso debido al conjunto de
equipo materiales entorno y operario
El meacutetodo de la graacutefica de control sirve para indicar cuaacutendo las
variaciones que se registran en la calidad no rebasan el liacutemite aceptable
para el azar se utiliza el meacutetodo de anaacutelisis y de presentacioacuten de datos
conocido como meacutetodo de la graacutefica de control Se trata de un registro
graacutefico de la calidad de una caracteriacutestica en particular Muestra si un
proceso estaacute o no estable
Al eje horizontal se le denomina ldquoNuacutemero correspondiente del
subgrupordquo mediante el que se identifica una muestra en particular
formada por una cantidad fija de observaciones El eje vertical de la
graacutefica corresponde a la variable Cada uno de los pequentildeos ciacuterculos
representa el valor promedio de un subgrupo
La liacutenea continua de la mitad de la graacutefica se puede interpretar de tres
maneras dependiendo de los datos disponibles Primero puede
considerarse como el promedio de los puntos graficados que en el caso
de la graacutefica X corresponde al promedio de los promedios o X doble
testadaX Segundo se puede considerar como una norma o valor de
referencia Xo basado en datos previos representativos un valor
econoacutemico basado en costos de produccioacuten o necesidades de servicio o
un valor que se desea alcanzar con base en determinadas
especificaciones Tercero puede verse como la media de una
poblacioacuten si es que tal valor se conoce
98
Las dos liacuteneas de puntos son los liacutemites de control superior e inferior
Estos liacutemites son un auxiliar para juzgar el grado de variacioacuten que se
produce en la calidad de un producto Si se desea calcular la frecuencia
de distribucioacuten de los promedios de los subgrupos se puede recurrir al
promedio y la desviacioacuten estaacutendar correspondientes Los liacutemites de
control se fijan a plusmn3 desviaciones estaacutendar de la liacutenea central Se
recordaraacute de la explicacioacuten de la curva normal que la cantidad de
elementos comprendidos entre +3o y -3o igual a 9973 Es decir se
supone que de cada 1000 veces 997 los valores del subgrupo estaraacuten
comprendidos dentro de los liacutemites superior e inferior cuando este es el
caso al proceso se le considera bajo control Si el valor de un subgrupo
queda fuera de los liacutemites al proceso se le considera fuera de control y
se propone una causa asignable a la variacioacuten
Las graacuteficas de control son herramientas estadiacutesticas que permiten
diferenciar entre variaciones naturales y no naturales tal como se
muestra en la figura 31 La variacioacuten no natural es el producto de
causas atribuibles o asignables Aunque no es siempre el caso por lo
general esta variacioacuten deberaacute ser corregida por personal cercano al
proceso como son los operarios los teacutecnicos empleados empleados
de mantenimiento y supervisores de primera liacutenea
Fig 37 Causas naturales y no naturales de la variacioacuten
La variacioacuten natural es el resultado de causas fortuitas o no asignables
Para mejorar la calidad se requiere de la participacioacuten del aacuterea
administrativa
99
Las graacuteficas para controlar variables proporcionan la siguiente
informacioacuten
Para mejorar la calidad
Para definir la capacidad del proceso Si la capacidad del proceso es
de plusmn0003 es realista esperar que el personal de operaciones
obtenga especificaciones de plusmn0004
Para tomar decisiones relativas a las especificaciones del producto
calculando las especificaciones efectivas correspondientes
Para tomar decisiones con el proceso de la produccioacuten y observar
un patroacuten natural de variacioacuten o si se trata de un patroacuten no natural
determinando acciones para detectar y eliminar las causas de la
perturbacioacuten o motivos atribuibles
Para tomar decisiones relativas a productos recieacuten elaborados
permite decidir si un producto o productos pueden pasar ya a la
siguiente fase de la secuencia o si deberaacute adaptarse alguna medida
alterna por ejemplo separar o reparar
33311 TEacuteCNICAS EMPLEADAS EN LAS GRAacuteFICAS DE CONTROL POR
VARIABLES
Para configurar el par de graficas de control correspondientes a la
media (X) y (R) es recomendable utilizar un procedimiento bien
definido los pasos que deberaacuten comprender tal procedimiento son los
siguientes
A) Definir cuaacutel seraacute la caracteriacutestica de la calidad
La variable que se elija para figurar en las graacuteficasX y R deberaacute
ser una caracteriacutestica de la calidad medible y expresable mediante
nuacutemeros Las caracteriacutesticas idoacuteneas son aquellas que se pueden
expresar en funcioacuten de las siete unidades baacutesicas longitud masa
tiempo corriente eleacutectrica temperatura sustancia o intensidad
luminosa asiacute como mediante unidades derivadas poder
velocidad fuerza energiacutea densidad y presioacuten
Se deberaacute otorgar prioridad a aquellas caracteriacutesticas de la calidad
que influyen en la eficiencia del producto Tales caracteriacutesticas son
a veces funcioacuten de materias primas componentes partes del
equipo o partes terminadas En otras palabras hay que otorgar la
maacutexima prioridad a aquellas caracteriacutesticas que estaacuten causando
problemas en cuanto a produccioacuten o costo se refiere Un anaacutelisis
de Pareto seraacute muy uacutetil para definir prioridades Otra posible
100
aplicacioacuten es cuando en la revisioacuten de un producto se tienen que
realizar pruebas que impliquen la destruccioacuten de este
En toda planta de fabricacioacuten son numerosas las variables que
intervienen para la realizacioacuten de un producto Seriacutea
praacutecticamente imposible elaborar graacuteficas de X y R por cada una
de ellas por lo que hay que optar por escoger con buen juicio soacutelo
algunas de todas las variables
B) Escoja el subgrupo racional
Los datos representados en la graacutefica de control estaacuten constituidos
por grupos de elementos que se denominan subgrupos racionales
Es importante tener presente que aquellos datos que se reuacutenen de
manera no asignable no se consideran racionales un sub-grupo
racional es aquel en el que la variacioacuten en la que se produce
dentro del grupo mismo se debe a causas no asignables Tal
variacioacuten en el interior del subgrupo sirve para calcular los liacutemites
de control
La variacioacuten entre un subgrupo y otro sirve para evaluar la
estabilidad a largo plazo Hay dos maneras de escoger las
muestras del subgrupo
La primera forma consiste en escoger muestras del subgrupo
tomando aquel producto que se obtiene en un momento de tiempo
definido o lo maacutes proacuteximo a este momento Cuatro partes
consecutivas de una maacutequina o cuatro partes de un lote que se
acaba de producir seriacutean ejemplos de esta teacutecnica de sub
agrupamiento La siguiente muestra del sub grupo seria
semejante pero corresponderiacutea al producto obtenido en un
momento posterior digamos una hora maacutes tarde A este
procedimiento se le conoce como el meacutetodo del momento justo o
del instante
El segundo meacutetodo consiste en seleccionar un producto obtenido
durante un lapso determinado considerado como representativo
del producto en siacute Por ejemplo consideacuterese que un inspector
visita cada hora el procedimiento de armado de un interruptor
automaacutetico de circuito Se escoge una muestra del subgrupo
constituida por cuatro unidades de entre todos los interruptores
producidos durante la hora anterior En su siguiente visita el
inspector escoge el sub grupo de entre todo el producto producido
101
entre las visitas y asiacute sucesivamente A este procedimiento se le
conoce como el meacutetodo del lapso o intervalo de tiempo
En el caso del meacutetodo del instante la variacioacuten encontrada dentro
de un mismo subgrupo es miacutenima y maacutexima entre un subgrupo y
otro En el del lapso la variacioacuten dentro del subgrupo es maacutexima u
entre los subgrupos es miacutenima
Para decidir el tamantildeo de una muestra o subgrupo hay que echar
mano de ciertos conocimientos empiacutericos las siguientes
directrices seraacuten muy uacutetiles para esa decisioacuten
Cuanto maacutes aumente el tamantildeo del subgrupo maacutes se aproximaran
los liacutemites de control al valor central lo que daraacute a la graacutefica mayor
sensibilidad de las pequentildeas variaciones en el promedio del
proceso y maacutes aumentara el costo de inspeccioacuten por grupo
Cuando se apliquen pruebas que impliquen destruccioacuten de
elementos y estos sean costosos el tamantildeo del subgrupo seraacute de
2 o 3 ya que reduciraacute a un miacutenimo la destruccioacuten de tales
elementos costosos
En la industria se utilizan mucho las muestras constituidas por
cinco elementos ya que asiacute se facilita la tarea de caacutelculo sin
embargo siempre que los caacutelculos necesarios se puedan realizar
sin mayor problema con calculadoras de bolsillo el motivo anterior
resultara invalidado
Sustentado por evidencias estadiacutesticas se sabe que la
distribucioacuten de los promedios de los subgrupos X resultan casi
normales para el caso de subgrupos de cuatro o maacutes elementos
incluso cuando las muestras se obtienen de poblacioacuten que no es
normal
En caso de que el tamantildeo del subgrupo sea mayor de 10
elementos para controlar la dispersioacuten deberaacute utilizarse la graacutefica
S en vez de la graacutefica R
Aunque no hay una regla que establezca con queacute frecuencia
deberaacuten obtenerse subgrupos este procedimiento deberaacute hacerse
tantas veces como sea necesario para detectar cambios o
alteraciones en el proceso Por lo general es mejor obtener
muestras frecuentemente al inicio y reducir la frecuencia del
muestreo cuando los datos lo permitan
102
C) Reunir los datos necesarios
El siguiente paso consiste en reunir los datos Una forma de
registrarlos se muestra en la tabla 1 de manera horizontal
Una vez seleccionada la caracteriacutestica de la calidad y el plan para
el subgrupo racional se puede comisionar a un teacutecnico para que
se encargue de reunir los datos como parte de sus tareas
normales El teacutecnico deberaacute entregar el resultado de sus informes
al supervisor de primera liacutenea y al operario sin embargo en este
caso no se muestra en lugar visible del lugar de trabajo ni graacuteficas
ni datos
Es necesario reunir un miacutenimo de 25 subgrupos de datos Una
cantidad menor no ofreceraacute la cantidad necesaria de datos que
permita el caacutelculo exacto de los liacutemites de control una cantidad
mayor demorariacutea la obtencioacuten de la graacutefica de control
103
TABLA 1 Datos sobre mediciones para un graacutefico X y R (miliacutemetros)
Calcular liacutemites de control de ensayo
Las liacuteneas centrales de las graacuteficas X y R se obtienen utilizando
las foacutermulas
104
Donde
= promedio de los promedios del subgrupo
119894= promedio del subgrupo i
119892= cantidad de subgrupos
= promedio de los rangos de los subgrupos
119877119894= rango del subgrupo
Los liacutemites de control de intento de las graacuteficas se definen a plusmn3
desviaciones estaacutendar del valor central como se expresa en las
siguientes formulas
LSCx = X + 3 x LSC R = R + 3 R
LICx = X - 3 x LSC R = R - 3 R
Donde
LSC = liacutemite de control superior
LIC = liacutemite inferior de control
x = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten de los promedios del
subgrupo
R = desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten respecto del rango
En la praacutectica el caacutelculo se simplifica usando el producto del
rango promedio () y un factor (A2) en vez de las tres
desviaciones estaacutendar (A2 = 3) en las foacutermulas de las
graacuteficas X Para la graacutefica R el rango se utiliza para calcular
la desviacioacuten estaacutendar del rango (R) Asiacute se obtiene las
siguientes formulas
LSCX = X + A2R LSCR = D4R
LICX = X - A2R LICR = D3R
En donde A2 D3 y D4 son factores cuyo valor depende del
tamantildeo del subgrupo se les encuentra en la tabla A del anexo
En la graacutefica X los liacutemites de control superior e inferior estaacuten
dispuestos simeacutetricamente respecto de la liacutenea central Desde el
punto de vista teoacuterico los liacutemites de control de una graacutefica R
tambieacuten deben ser simeacutetricos respecto de la liacutenea central Sin
embargo para que esto suceda en el caso de subgrupos de 6 o
menos el liacutemite de control inferior deberaacute tener valor negativo Ya
que esto es imposible el liacutemite de control inferior se ubica en
cero para lo cual se asigna cero como valor de D3 en el caso de
105
subgrupos de 6 o menores Si el tamantildeo del subgrupo es de siete
o maacutes el liacutemite de control inferior seraacute mayor de cero simeacutetrico
respecto de la liacutenea central
Para dar un ejemplo de todos los caacutelculos necesarios para
obtener los liacutemites de control y liacutenea central de ensayo se
emplearaacuten los datos de la tabla 1 De la tabla 1 X = 16025
R = 219 y g = 25 por lo tanto las liacuteneas centrales son
En la tabla
En la tabla A del anexo se encuentran los valores de los factores
correspondientes a un subgrupo de tamantildeo cuatro (n)
1198602 = 0729 1198633 = 0 y 1198634 = 2282 Los liacutemites de control de intento
de la grafica X son
LSCX = X + A2R
LSC = 641 + (0729)(00876)
LSCX = 647 mm
LICX = X - A2R
LIC = 641 minus (0729)(00876)
LICX = 635 mm
Los liacutemites de control de intento de la graacutefica R son
LSCR = D4R LICR = D3R
LSCR = (2282) (00876) LICR = (0) (00876)
LSCR = 0020 mm LICR = 0 mm
106
Fig 38 Graacutefica de X y R de datos preliminares y su correspondiente
control de ensayo
Definir los liacutemites de control revisados
El primer paso consiste en marcar los datos preliminares en la
graacutefica junto con los liacutemites de control y liacuteneas centrales Es lo
que se hizo en la figura 32 El siguiente paso es adoptar valores
estaacutendar para las liacuteneas centrales o mejor dicho el caacutelculo maacutes
aproximado de los valores estaacutendar tomando como base los
datos de que se dispone Si un anaacutelisis de los datos preliminares
muestra que hay un buen control entonces X y R se pueden
considerar representativos del proceso y se convierten en valores
estaacutendar Xo y Ro Un buen control se definiriacutea en forma breve
como aquel en el que no hay puntos fuera de control no hay
corridas largas en ambos lados de la liacutenea central y no hay
patrones anormales de variacioacuten
La primera vez que se analizan los procesos la mayoriacutea de ellos
no estaacuten bajo control Si se observa la figura 32 se notaraacute que
hay puntos fuera de control en la graacutefica X en los subgrupos 4 16
y 20 en la graacutefica R en el subgrupo 18 Tambieacuten resultaraacute que
existe una gran cantidad de puntos que estaacuten debajo de la liacutenea
central sin duda debido a la influencia de los puntos altos
107
Primero se analiza la graacutefica de R para ver si es estable Dado
que el punto que esta fuera de control en el subgrupo 18 de esta
graacutefica tiene causa asignable (liacutenea de aceite averiada) se le
descarta de los datos El resto de los puntos graficados indican
que se trata de un proceso estable
Ahora se analiza la graacutefica X Los subgrupos 4 y 20 tienen una
causa asignable en tanto que la condicioacuten de falta de control del
subgrupo 16 no Se da por sentado que la razoacuten de la falta de
control del subgrupo 16 se debe a una causa fortuita y forma
parte de la variacioacuten natural
Los subgrupos 4 18 y 20 no forman parte de la variacioacuten natural y
se descartan de los datos y de los nuevos valores X y R
calculados mediante los datos restantes Los caacutelculos se
simplifican bastante utilizando las foacutermulas siguientes
Donde
119889= promedios de subgrupos descartados
119892119889= cantidad de subgrupos descartados
119877119889= campos de valores de los subgrupos descartados
Existen dos teacutecnicas que se emplean para descartar datos Si X
o el valor R de un subgrupo esta fuera de control y tiene causa
asignable se descartan ambos o solo se descarta el valor de un
subgrupo que no estaacute bajo control En este libro se utiliza esta
uacuteltima teacutecnica asiacute pues cuando se descarta un valor X el valor
correspondiente de R no se descarta y viceversa
El caacutelculo de un nuevo X se basa en el descarte de los valores
de X de 665 y 651 correspondientes a los subgrupos 4 y 20
respectivamente Para calcular un nuevo R se descarta el valor
R de 0030 correspondiente al subgrupo 18
108
Los nuevos valores de X y R sirven para definir los valores
estaacutendar de Xo Ro y o Entonces
Xo = Xnuevo Ro = Rnuevo o = Ro
d2
En donde d2 = un factor de la tabla A queacute sirve para calcular o a
partir de Ro se considera que los valores estaacutendar o de
referencia son los mejores valores calculados a partir de los datos
que se dispone Conforme se cuenta con maacutes datos se obtienen
mejores caacutelculos o maacutes confianza en los valores estaacutendar que ya
se tienen
Con ayuda de los valores estaacutendar se obtienen las liacuteneas
centrales y los liacutemites de control o para operaciones reales
correspondientes a Xo y o
Donde A D1 y D2 son factores de la tabla A para obtener los
liacutemites de control 3 a partir del Xo y o
Por lo tanto los liacutemites de control son
109
Las liacuteneas centrales y los liacutemites de control se dibujan en las
graacuteficas X y R para el siguiente periodo y se muestran en la
figura 33 Para ilustrar los liacutemites de control de intento y los
liacutemites de control revisados se muestran en la misma graacutefica Los
liacutemites tanto de la graacutefica X como de la R aparecen maacutes
proacuteximos Ninguacuten cambio se produjo en LICR dado que el tamantildeo
del subgrupo es de seis o inferior
Los datos preliminares de los 25 subgrupos iniciales no se
grafican en el caso de los liacutemites de control revisados Estos
liacutemites sirven para dar cuenta de los resultados en el caso de
subgrupos futuros
Fig 39 Limites de pruebas de control y liacutemites de control revisados
para graficas X y R
110
3332 ESTADO DE CONTROL ESTADIacuteSTICO
33321 PROCESO QUE ESTAacute BAJO CONTROL
Una vez eliminadas las causas asignables del proceso al grado de
que los puntos graficados en la graacutefica de control permanecen dentro
de los liacutemites de control se dice que el proceso estaacute en estado de
control Ya no se puede alcanzar mayor grado de uniformidad en el
proceso existente Sin embargo se puede lograr mayor uniformidad
mediante una modificacioacuten del proceso baacutesico a traveacutes de ideas para
el mejoramiento de la calidad
Cuando un proceso estaacute bajo control se produce un patroacuten natural de
variacioacuten ilustrado por la graacutefica de control de la figura 34 En este
patroacuten natural de variacioacuten (1) el 34 de los puntos graficados estaacuten
dentro de una banda imaginaria de ancho de una desviacioacuten estaacutendar
a ambos lados de la liacutenea central (2) aproximadamente 135 de los
puntos graficados dentro de una banda imaginaria situada entre una o
dos desviaciones estaacutendar a ambos lados de la liacutenea central y (3)
aproximadamente 25 de los puntos graficados dentro de una banda
imaginaria entre ltdos y tres desviaciones estaacutendar a ambos lados de
la liacutenea central Los puntos se ubican hacia atraacutes y hacia adelante a
traveacutes de la liacutenea central de manera aleatoria sin que haya puntos
que rebasen los liacutemites de control
Fig40 Patroacuten natural de variacioacuten de una graacutefica de control
33322 PROCESO QUE ESTAacute FUERA DE CONTROL
Por lo general se piensa que un proceso que estaacute fuera de control
es indeseable sin embargo hay ocasiones en las que es deseable
que asiacute sea Es mejor pensar en el teacutermino fuera de control como un
cambio en el proceso debido a una causa asignable
111
Cuando un punto (valor del subgrupo) cae fuera de sus liacutemites de
control el proceso se encuentra fuera de control Significa que existe
una causa de variacioacuten asignable Otra forma de ver el punto que estaacute
fuera de control es considerar que el valor del subgrupo proviene de
otra poblacioacuten distinta de la cual se obtuvieron los liacutemites de control
3333 GRAacuteFICAS PARA CONTROL DE ATRIBUTOS
Existen dos grupos de graacuteficas de control por atributos Uno de ellos es
para las unidades no conformes Se basa en la distribucioacuten binomial
Una graacutefica de proporcioacuten p muestra la proporcioacuten de no conformidad
de una muestra o de un subgrupo La proporcioacuten de expresa como una
fraccioacuten o como un porcentaje De igual manera se pueden construir
graacuteficas para la proporcioacuten de conformidad que tambieacuten se expresan
como una fraccioacuten o un porcentaje Otro tipo de graacutefica para este grupo
es la de la cantidad de no conformidades o graacutefica np y en la que
tambieacuten se representa la cantidad de conformidad
Otro grupo de graacuteficas es la de las no conformidades Se basa en la
distribucioacuten de Poisson En una graacutefica c se muestra el nuacutemero de no
conformidades presentes en determinada unidad que se inspecciona
por ejemplo en un automoacutevil en un trozo de tela o en un rollo de papel
Otro tipo de graacutefica estrechamente relacionada es la graacutefica u que sirve
para el nuacutemero de no conformidades por unidad
33331 GRAacuteFICAS PARA EL CONTROL POR NUacuteMERO DE UNIDADES NO
CONFORMES (GRAacuteFICA P)
La graacutefica p se utiliza en aquellos casos cuando los datos estaacuten
formados por la fraccioacuten resultante de dividir el nuacutemero de veces que
ocurre un suceso entre el nuacutemero total de acontecimientos Se
emplea en el control de calidad para dar cuenta de la fraccioacuten de no
conformidad presente en un producto en una caracteriacutestica de la
calidad o en un grupo de caracteriacutesticas de la calidad De acuerdo
con lo anterior la fraccioacuten de no conformidad es la proporcioacuten
obtenida al dividir la cantidad total que forma la muestra al subgrupo
La foacutermula correspondiente es
112
Donde
p = proporcioacuten o fraccioacuten de no conformidad de la muestra o del
subgrupo
n = cantidad de elementos de la muestra o el subgrupo
np = cantidad de elementos no conformes de la muestra o del
subgrupo
Por lo general la fraccioacuten de no conformidad p es un valor muy
pequentildeo digamos de 005 o menos Excepto en condiciones muy
especiales los valores mayores a 005 indicariacutean que la compantildeiacutea
atraviesa por serios problemas y que para resolver la situacioacuten se
requiere la adopcioacuten de medidas de mayor alcance que la de una
graacutefica de control Debido a que la fraccioacuten de no conformidad es muy
pequentildea es necesario que el tamantildeo de los subgrupos sea muy
grande para que se pueda producir una graacutefica confiable
La graacutefica p es una graacutefica de control muy versaacutetil Se le puede
emplear para controlar una caracteriacutestica de la calidad como es el
caso de las graacuteficas X y R tambieacuten para controlar un grupo de
caracteriacutesticas de la calidad del mismo tipo o de la misma parte o
para controlar un producto en su totalidad La graacutefica p puede servir
tambieacuten para medir la calidad producida en un centro laboral en un
departamento en un turno o en toda una planta Con frecuencia se le
emplea para dar cuenta del desempentildeo de un operario de un grupo
de operarios o del aacuterea administrativa es decir como una forma para
evaluar su desempentildeo en la calidad
El tamantildeo del subgrupo de una graacutefica p puede ser variable o
constante Es preferible que se constante sin embargo son muchas
las situaciones como cuando se modifica la proporcioacuten de una
mezcla o cuando las tareas de inspeccioacuten estaacuten totalmente
automatizadas casos en los cuales el tamantildeo del subgrupo es
cambiante
Los objetivos de las graacuteficas de no conformidad son las siguientes
1 Calcular el nivel promedio de la calidad
2 Llamar la atencioacuten del aacuterea administrativa siempre que se
produzca cualquier desviacioacuten respecto del promedio
3 Mejorar la calidad del producto
4 Evaluar el desempentildeo de calidad del personal de operacioacuten y
administrativo
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R
113
6 Definir el criterio de aceptacioacuten de un producto antes de enviarlo al
cliente
Los objetivos anteriores permiten formarse un idea del alcance y
utilidad de una graacutefica de no conformidad
333311 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO DEL
SUBGRUPO ES CONSTANTE
Los procedimientos generales para obtener graacuteficas de control por
variable son los mismos para el caso de la graacutefica p
1 Seleccione la (s) caracteriacutestica (s) de la calidad El primer paso
del procedimiento consiste en definir para queacute se va utilizar la
graacutefica de control Una graacutefica p puede servir para controlar la
proporcioacuten de no conformidad de
(a) una sola caracteriacutestica de la calidad
(b) un grupo de caracteriacutesticas de la calidad
(c) soacutelo una parte de ellas
(d) un producto completo o una cantidad determinada de productos
La graacutefica p tambieacuten puede servir para controlar el desempentildeo de
(a) un operario (b) un centro laboral (c) un departamento (d) un
turno (e) una planta (f) una empresa El uso de la graacutefica en
estos casos permitiraacute comparar entre siacute unidades similares
Tambieacuten permitiraacute evaluar el desempentildeo en cuanto a calidad de
una unidad
El empleo de la graacutefica o de las graacuteficas tiene como objetivo
asegurarse de obtener el mayor beneficio al costo miacutenimo Una de
las graacuteficas deberaacute servir tambieacuten para medir el desempentildeo en
cuanto a calidad del personal ejecutivo en jefe
2 Calcule el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo que se va a
emplear El tamantildeo del subgrupo dependeraacute de la proporcioacuten de
no conformidad Si una parte tiene una proporcioacuten de no
conformidad p de 0001 y un tamantildeo de subgrupo n de 1000
entonces el nuacutemero promedio de no conformidad np seraacute de uno
por subgrupo En este caso no se podraacute obtener una buena
graacutefica ya que una buena cantidad de valores representados en
la graacutefica seriacutea cero Si la proporcioacuten de no conformidad de una
parte es 015 y el tamantildeo del subgrupo es 50 el nuacutemero
114
promedio de no conformidad seriacutea 75 en cuyo caso siacute se
obtendriacutea una buena graacutefica
Como punto de partida se sugiere utilizar un tamantildeo miacutenimo de
subgrupo 50 La inspeccioacuten puede ser por auditoriacutea o directamente
en la liacutenea de produccioacuten Las auditoriacuteas son hechas por lo regular
en un laboratorio bajo condiciones oacuteptimas La inspeccioacuten
directamente en la liacutenea de produccioacuten proporciona
retroalimentacioacuten inmediata para acciones correctivas
3 Recopile los datos El teacutecnico de la calidad deberaacute recopilar
datos suficientes para formar por lo menos 25 subgrupos los
datos tambieacuten se pueden obtener de los registros histoacutericos
Quizaacutes la mejor fuente sean los datos obtenidos a traveacutes de las
formas de control disentildeadas por el equipo del proyecto En la tabla
33 figuran los resultados obtenidos de la inspeccioacuten del motor de
una secadora de pelo eleacutectrica La proporcioacuten de no conformidad
de cada subgrupo se calcula mediante la foacutermula p= npn El
teacutecnico de la calidad informoacute que en el subgrupo 19 se habiacutea
observado una cantidad anormal de unidades no conformes y que
la causa eran los resultados eleacutectricos defectuosos
115
TABLA 2 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub Grupo constante
4 Calcule la liacutenea central los liacutemites de control de ensayo La
foacutermula para calcular los liacutemites de control de ensayo es la
siguiente
Donde
= proporcioacuten promedio de no conformidad de muchos subgrupos
119899= cantidad inspeccionada en un subgrupo
Cantidad
inspeccionada
Cantidad de no
conformidades
Proporcioacuten de no
conformidades
n Np p
1 300 12 004
2 300 3 001
3 300 9 003
4 300 4 0013
5 300 0 0
6 300 6 002
7 300 6 002
8 300 1 0003
9 300 8 0027
10 300 11 0037
11 300 2 0007
12 300 10 0033
13 300 9 003
14 300 3 001
15 300 0 0
16 300 5 0017
17 300 7 0023
18 300 8 0027
19 300 16 0053
20 300 2 0007
21 300 5 0017
22 300 6 002
23 300 0 0
24 300 3 001
25 300 2 0007
Total 7500 138
Nuacutemero del
subgrupo
116
La proporcioacuten promedio de no conformidad p es la liacutenea central y
se obtiene a partir de la formula Los caacutelculos para los liacutemites de
control de la prueba 3 utilizando los datos de la secadora
eleacutectrica para el cabello son los siguientes
119901 =sum 119899119901
sum 119899
=sum 119899119901
sum 119899=
138
7500= 0018
El caacutelculo del liacutemite de control inferior dio un resultado negativo
que no es sino un resultado teoacuterico En la praacutectica es imposible
que una proporcioacuten de no conformidad sea negativa Por lo tanto
el valor del liacutemite de control inferior de - 0005 se cambia a cero
Hay casos en los que el liacutemite de control inferior es positivo y sin
embargo se cambia a cero Si la graacutefica p esta a la vista del
personal de operacioacuten resultariacutea difiacutecil explicar por queacute una
proporcioacuten de no conformidad que estaacute por debajo del liacutemite de
control inferior se considera fuera de control Es decir un
desempentildeo en la calidad excepcionalmente bueno se considera
como fuera de control Para evitar la necesidad de explicar esta
situacioacuten al personal de operacioacuten se modifica el liacutemite de control
inferior pasando de un valor positivo a cero En el caso de que
el personal de control de calidad y la administracioacuten sean quienes
117
utilicen la graacutefica p cuando resulta valor positivo para liacutemite de
control inferior no se modifica su valor y eacuteste se hace igual a
cero De esta forma a un desempentildeo excepcionalmente bueno
(debajo del liacutemite de control) se le consideraraacute como una
situacioacuten fuera de control y se investiga cual es la causa
asignable en espera de que al determinarse eacutesta se esteacute en
condiciones de repetir esta situacioacuten
En la figura 5 se muestran la liacutenea central p y los liacutemites de
control aparece tambieacuten en esta graacutefica la proporcioacuten de no
conformidad p de la tabla 4 Esta graacutefica sirve para definir si el
proceso es estable Es importante tener presente que tanto la liacutenea
central como los liacutemites de control se obtuvieron a partir de los
datos
5 Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos
Para calcular los liacutemites de control corregidos 3120590 hay que calcular
el valor de referencia o patroacuten correspondiente a la proporcioacuten de
no conformidad po Si despueacutes de analizar la graacutefica del paso 4
anterior resulta que el control es bueno (el proceso es estable) se
puede considerar que p si representa al proceso Por lo tanto el
mejor valor estimado de po en este momento es p y po = p
Sin embargo la mayoriacutea de los procesos industriales no estaacuten
controlados la primera vez que se les analiza lo anterior se puede
observar en la figura 35 en el subgrupo 19 quien se encuentra
arriba del liacutemite de control superior y por lo tanto fuera de
control Dado que existe urea causa atribuible para el subgrupo
19 se puede proceder a descartarlo de los datos y se calcularaacute un
nuevo p con base en todos los grupos excepto el 19 Para
simplificar los caacutelculos se utiliza la foacutermula
Donde
npd = cantidad de no conformidades en los subgrupos descartados
nd = cantidad de inspecciones en los grupos descartados
118
Fig 41 Graacutefica p donde se observa la liacutenea central de intento y los liacutemites de control
Al descartar los datos hay que tener presente que se descartan
solo aquellos subgrupos cuyas causas son atribuibles Aquellos
cuyas causas no sean atribuibles se dejan como parte de los
datos Por otra parte los puntos fuera de control que esteacuten debajo
del liacutemite de control inferior no se descartan dado que
representan calidad excepcionalmente buena Si el punto fuera de
control del lado inferior se debe a un error de inspeccioacuten si hay
que descartarlo
Si el valor patroacuten o de referencia de la proporcioacuten de no
conformidad es po los liacutemites de control corregidos se calculan
mediante la expresioacuten siguiente
En donde po es la liacutenea central y representa al valor patroacuten o de
referencia correspondiente a la fraccioacuten de no conformidad Estas
foacutermulas son para los liacutemites de control en el caso de tres
desviaciones estaacutendar de la liacutenea central po
En el caso de los datos preliminares de la tabla 4 se calcula una
nueva p despueacutes de descartar al subgrupo 19
119
Puesto que Pnuevo es el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de
referencia po= 0017 Los liacutemites de control corregidos de la
graacutefica p se calculan de la manera siguiente
333312 CONSTRUCCIOacuteN DE UNA GRAacuteFICA P CUANDO EL TAMANtildeO
DEL SUBGRUPO ES VARIABLE
Siempre que sea posible las graacuteficas p deberaacuten producirse y
emplearse con un subgrupo de tamantildeo constante Lo anterior no es
posible cuando la graacutefica p se emplea para inspeccionar el 100 de
una produccioacuten que variacutea de un diacutea a otro Por otra parte los datos
que se usan en la graacutefica p obtenidos de la inspeccioacuten de muestreo
pueden mostrar variaciones por una gran diversidad de motivos Dado
que los liacutemites de control son funcioacuten del tamantildeo del subgrupo n los
liacutemites de control tambieacuten variaraacuten con el tamantildeo del subgrupo Por
ello habraacute qua calcularlos para cada subgrupo
Si bien no es deseable que el tamantildeo del subgrupo no sea variable
es un hecho y hay que saber coacutemo manejarlo Los procedimientos
empleados para la recopilacioacuten de los datos para el caacutelculo de la
liacutenea central de ensayo y los liacutemites de control asiacute como la liacutenea
central y liacutemites de control corregidos son los mismos que se utilizan
120
en el caso de una graacutefica p con subgrupo de tamantildeo constante Para
ilustrar el procedimiento se ofrece el siguiente ejemplo en el cual se
omiten los pasos 1 y 2
3) Recopile los datos Un fabricante recopila datos de la prueba final a
que se somete un producto a fines de marzo y durante abril El
tamantildeo del subgrupo es el que resulta de los datos obtenidos
durante un diacutea de inspeccioacuten Los resultados de la inspeccioacuten
correspondientes a 25 subgrupos aparecen en las tres primeras
columnas de la tabla 3 designacioacuten del subgrupo cantidad
inspeccionada y nuacutemero de no conformidades En una cuarta
columna figura la fraccioacuten de no conformidad y se calcula
utilizando la foacutermula p = npn En las dos uacuteltimas columnas figuran
los caacutelculos correspondientes a los liacutemites de control superior e
inferior de los que se hablara en la siguiente seccioacuten
Son diversas las causas que pueden haber motivado variacioacuten en
la cantidad inspeccionada por diacutea es posible que las maacutequinas
tengan descomposturas que no esteacuten previstas los modelos del
producto pueden tener distintos requisitos de fabricacioacuten que a su
vez originan variaciones de diacutea en diacutea En el caso de los datos de
la tabla 34 se registra una baja de 1238 inspecciones el 9 de abril
debido a que no se trabajoacute en el segundo turno y una alta de 2678
el 22 de abril debido al tiempo extra laborado
121
TABLA 3 Datos obtenidos en la inspeccioacuten de un Sub grupo variable
4) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo El caacutelculo
de los liacutemites de control se realiza utilizando los mismos
procedimientos y foacutermulas de los subgrupos de tamantildeo constante
Sin embargo en el caso que nos ocupa el tamantildeo del subgrupo
cambia diariamente habraacute que calcular los liacutemites
correspondientes a cada diacutea Primero se calcula la fraccioacuten
promedio de no conformidad que es la liacutenea central
Usando p se calcula los liacutemites de control de cada diacutea En el caso
del 29 de marzo los liacutemites son
LSC LIC
mar-29 2385 55 0023 0029 0011
30 1451 18 0012 0031 0009
31 1935 50 0026 003 001
abr-01 2450 42 0017 0028 0012
2 1997 39 002 0029 0011
5 2168 52 0024 0029 0011
6 1941 47 0024 003 001
7 1962 34 0017 003 001
8 2244 29 0013 0029 0011
9 1238 53 0043 0032 0008
12 2289 45 002 0029 0011
13 1464 26 0018 0031 0009
14 2061 47 0023 0029 0011
15 1667 34 002 003 001
16 2350 34 0013 0029 0011
19 2354 38 0016 0029 0011
20 1509 28 0018 0031 0009
21 2190 30 0014 0029 0011
22 2678 113 0042 0028 0012
23 2252 58 0026 0029 0011
26 1641 34 0021 003 001
27 1782 19 0011 003 001
28 1993 30 0015 003 001
29 2382 17 0007 0029 0011
30 2132 46 0022 0029 0011
50515 1015
CANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
FRACCIOacuteN DE NO
CONFORMIDADES
LIMITESUBGRUPO
122
Para el 30 de marzo los liacutemites de control son
El caacutelculo de los liacutemites de control anterior se repite para obtener
los resultados correspondientes a los 23 subgrupos restantes
Dado que la uacutenica variable que cambia es n es posible simplificar
los caacutelculos de la manera siguiente
123
Aplicando esta teacutecnica los caacutelculos se agilizan considerablemente
Los liacutemites de control de los 25 subgrupos se muestran en las
columnas cuatro y cinco de la tabla 34 En la figura 36 se
muestran graacuteficamente los liacutemites de control de ensayo la liacutenea
central y un subgrupo de valores
Conviene observar que conforme aumenta el tamantildeo del subgrupo
los liacutemites de control se van acercando maacutes y maacutes conforme el
tamantildeo del subgrupo se va reduciendo los liacutemites de control se
van alejando maacutes y maacutes Lo anterior resulta evidente al
considerar la foacutermula y comparar el tamantildeo del subgrupo n con
sus respectivos liacutemites de control superior e inferior
Fig 42 Datos preliminares liacutenea central y liacutemites de control de ensayo
5) Calcule la liacutenea central y los liacutemites de control corregidos Si se
examina la figura 36 se podraacute observar que el 9 22 y 29 de abril
existe una situacioacuten fuera de control El 9 y 22 de abril el problema
fue un cautiacuten para soldadura por onda Dado que existe una
causa atribuible para cada uno de estos puntos de control se les
descarta Se obtiene un nuevo p de la siguiente manera
124
Este valor representa el mejor caacutelculo del valor patroacuten o de referencia
de la fraccioacuten de no conformidad po= 0019
La fraccioacuten de no conformidad po sirve para calcular los liacutemites
superior e inferior del periodo siguiente el mes de mayo Ahora bien
los liacutemites no se pueden calcular sino hasta el teacutermino de cada diacutea
cuando ya se conoce el tamantildeo del subgrupo n Esto significa que los
liacutemites de control nunca se conocen con anticipacioacuten En la tabla 35
se muestran los resultados obtenidos por inspeccioacuten durante los
primeros tres diacuteas laborales de mayo
TABLA 4 Resultados de inspeccioacuten para 34 y 5 de mayo
Los liacutemites de control y la fraccioacuten de no conformidad del 3 de mayo
son los siguientes
may-03 1535 31
may-04 2262 28
may-05 1872 45
SUBGRUPOCANTIDAD
INSPECCIONADA
NUMERO DE NO
CONFORMIDADES
125
Los liacutemites de control superior e inferior y la fraccioacuten de no
conformidad del 3 de mayo se muestran en la graacutefica p como se
puede observar en la figura 37 De manera similar se efectuacutean los
caacutelculos correspondientes al 4 y 5 de mayo y los resultados se ponen
en la graacutefica
Se continuacutea la elaboracioacuten de la graacutefica hasta el fin de mayo utilizando
po = 0019 Dado que las mejoras por lo general se producen despueacutes
de empezar a utilizar la graacutefica es probable que se obtenga un mejor
valor de po para fines de mayo utilizando los datos de ese mes En
oportunidades futuras deberaacute evaluarse perioacutedicamente el valor de
po
Si se conoce pc el proceso de la recopilacioacuten de los datos y el caacutelculo
de los liacutemites de control es innecesario lo que permite ahorrar tiempo
y esfuerzo considerables
Dado que es posible que se llegue a confundir 1199010 y p a
continuacioacuten se repite su definicioacuten respectiva
1 p es la fraccioacuten de no conformidad de un solo subgrupo Se pone
en la graacutefica pero no se utiliza para calcular los liacutemites de control
2 es el promedio de fraccioacuten de no conformidad de varios
subgrupos Es la suma de la cantidad de no conformidades dividida
entre la suma de la cantidad de elementos inspeccionados y sirve
para calcular los liacutemites de control interno
3 1199010 es el valor patroacuten o de referencia de la fraccioacuten de no
conformidad y se basa en el caacutelculo maacutes aproximado o mejor
calculo p Sirve para calcular los liacutemites de control corregidos Se
le puede definir como un valor deseable
Fig 43 Limites de control y fraccioacuten de no conformidad
de los primeros tres diacuteas laborales de mayo
126
33332 GRAacuteFICAS DE CONTROL POR NUacuteMERO DE NO
CONFORMIDADES (GRAFICA C)
El otro grupo de graacuteficas de atributos es el de las graacuteficas de no
conformidad En tanto que la graacutefica p controla la proporcioacuten de no
conformidad de un producto con la graacutefica de no conformidades se
controla el nuacutemero de no conformidades presentes en el producto
Hay que recordar que se considera que un elemento constituye una
unidad no conforme sea que tenga una o varias no conformidades
Existen dos tipos de graacuteficas la graacutefica del nuacutemero de no
conformidades (c) y la graacutefica del nuacutemero de no conformidades por
unidad (u)
Dado que ambas graacuteficas se basan en la distribucioacuten de Poisson es
necesario que se cumplan dos requisitos Primero la cantidad
promedio de no conformidades debe ser menor a la cantidad total
posible de no conformidades Es decir son muchas las
oportunidades de que haya no conformidades en cambio la
posibilidad de que se produzca una no conformidad en un sitio
determinado es muy pequentildea
Al igual que las graacuteficas de unidad no conforme los liacutemites de control
del nuacutemero de no conformidades toman como base la distancia de 3
a partir la liacutenea central Asiacute pues aproximadamente 99 de los
valores del subgrupo quedaraacuten dentro de los liacutemites
Si bien es cierto que las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades no
son tan completes como las graacuteficas X R y p las primeras tienen
muchas aplicaciones algunas de las cuales ya se mencionaron
Los objetivos de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades son los
siguientes
1 Calcular el nivel de calidad promedio como punto de referencia o
de inicio Esta informacioacuten permite conocer la capacidad inicial
del proceso
2 Llamar la atencioacuten de la administracioacuten cuando se produce alguacuten
cambio en el promedio Una vez que se sabe cuaacutel es la calidad
promedio todo valor distinto adquiere un significado
127
3 Mejorar la calidad del producto En este sentido la graacutefica del
nuacutemero de no conformidades sirve de motivacioacuten al personal de
operacioacuten y administrativo para poner en praacutectica ideas en favor
de la mejora de la calidad La graacutefica permitiraacute saber si una idea
es buena o no lo es Deberaacute hacerse un esfuerzo intenso y
continuo para mejorar la calidad
4 Evaluar el desempentildeo en la calidad del personal administrativo y
de operacioacuten Si la graacutefica estaacute en control quiere decir que el
desempentildeo del personal operativo es satisfactorio Puesto que
las graacuteficas del nuacutemero de conformidades por lo general se
pueden utilizar en el caso de errores son muy eficientes para la
evaluacioacuten de la calidad en aacutereas de funciones tales como
finanzas ventas servicio al cliente etceacutetera
5 Sugerir posibles aplicaciones de las graacuteficas X y R Algunas
aplicaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no conformidades se
prestan a un anaacutelisis maacutes detallado cuando se usan las graacuteficas
X y R
6 Saber si un producto es aceptable antes de proceder a su enviacuteo
Los objetivos anteriores son casi ideacutenticos a los de las graacuteficas de no
conformidad Por ello se recomienda al lector que tenga cuidado de
asegurarse de utilizar el grupo de graacuteficas correcto
Debido a las limitaciones de las graacuteficas del nuacutemero de no
conformidades en mochas plantas e industrias no se les utiliza
333321 CONSTRUCCIOacuteN DE LA GRAacuteFICA C
El procedimiento para construir una graacutefica c es el mismo que el de la
graacutefica p Si se desconoce la cantidad de no conformidades c0 habraacute
que calcularla recopilando datos calculando los liacutemites de control de
intento y obteniendo el caacutelculo maacutes aproximado
1 Seleccionar la(s) caracteriacutestica(s) de la calidad El primer paso del
procedimiento consiste en definir para que se va a utilizar la
graacutefica de control Como en el caso de la graacutefica p podraacute servir
para controlar (a) una sola caracteriacutestica de la calidad (b) un
grupo de caracteriacutesticas de la calidad (c) una pieza (d) un
producto en su totalidad o (e) varios productos Tambieacuten se
puede emplear para controlar el desempentildeo de (a) un operario
(b) un centro laboral (c) un departamento (d) un turno (e) una
planta o (f) una compantildeiacutea La manera como se emplee la graacutefica
de control deberaacute orientarse a asegurar la obtencioacuten del mayor
beneficio al miacutenimo costo
128
2 Definir el tamantildeo del subgrupo y el meacutetodo El tamantildeo de la
graacutefica c es el de una unidad inspeccionada Una unidad
inspeccionada puede ser un aeroplano una caja de latas de
bebidas gaseosas una gruesa de laacutepices 500 solicitudes de
seguro meacutedico una caja de etiquetas etceacutetera El meacutetodo
empleado para obtener la muestra puede ser por auditoria o
directamente en la liacutenea de produccioacuten
3 Recopilar los datos Los datos se recopilaron mediante el nuacutemero
de no conformidades que en el caso de las latas de bebidas
gaseosas tuvieron que ver con manchas e imperfecciones
Dichos datos se reunieron durante la primera y segunda
semanas de mayo inspeccionando aleatoriamente muestras de la
produccioacuten Estos datos figuran en la tabla 36 y corresponden a
25 latas que es la cantidad miacutenima de subgrupos necesarios
para efectuar los caacutelculos del liacutemite de control de ensayo
TABLA 5 Nuacutemero de no conformidades por concepto de manchas e imperfecciones en latas de
gaseosa
4 Calcular la liacutenea central y los liacutemites de control de ensayo Las
foacutermulas para el caacutelculo de los liacutemites de control son las siguientes
L102 7 L198 3
L113 6 L208 2
L121 6 L222 7
L125 3 L235 5
L132 20 L241 7
L143 8 L258 2
L150 6 L259 8
L152 1 L264 0
L164 0 L267 4
L166 5 L278 14
L172 14 L281 4
L184 3 L288 5
L185 1 Total 141
NUMERO DE
SERIECOMENTARIO COMENTARIO
CONTEO NO
CONFORMIDADESNUMERO DE SERIE
CONTEO NO
CONFORMIDADES
129
En donde c no el nuacutemero promedio de no conformidades
correspondiente a una cantidad de subgrupos El valor de c se
obtiene a partir de la foacutermula c = c g en donde g es el
nuacutemero de subgrupos y c es la cantidad de no conformidades En
el caso de los datos de la tabla 36 los caacutelculos correspondientes
son
Puesto que es imposible que exista un liacutemite de control de - 148
este valor se cambia a cero El liacutemite de control superior 1276 se
deja como fraccioacuten puesto que el punto graficado que es un
nuacutemero entero no puede caer sobre el liacutemite de control En la
figura 38 se muestran la liacutenea central c los liacutemites de control y el
nuacutemero de no conformidades c correspondientes a cada para
los datos preliminares
Fig 44 Grafica de control del nuacutemero de no conformidades (grafica c)
utilizando los datos preliminares
130
5 Calcular la liacutenea central y liacutemites de control corregidos Para poder
calcular los liacutemites de control 3o corregidos se necesita saber
cuaacutel es el valor patroacuten o de referencia para el nuacutemero de defectos
co Si al analizar los datos preliminares hay indicios de que existe
un buen control a c se le puede considerar representativo de tal
proceso co= c Sin embargo luego de efectuar el anaacutelisis
anterior por lo general los datos no dan indicios de que haya un
buen control como se puede observar en la figura 38 Para
obtener un mejor caacutelculo de c (uno que si se pueda utilizar para co) se
utiliza descartando valores que estaacuten fuera de control por causas
asignables Aquellos valores bajos que no tienen una causa
atribuible son indicio de una calidad excepcionalmente buena Los
caacutelculos se facilitan empleando la foacutermula
Donde
cd = nuacutemero de no conformidades en los subgrupos descartados
gd = nuacutemero de subgrupos descartados
Luego de obtener un patroacuten o valor de referencia se calculan los
liacutemites de control corregidos 3o mediante las foacutermulas siguientes
En donde co es el valor de referencia o patroacuten del nuacutemero de no
conformidades Este uacuteltimo corresponde a la liacutenea central de la
graacutefica y es mejor valor que se puede calcular con los datos
disponibles Es igual a cnuevo
Con base en la informacioacuten de la figura 38 y en la tabla 36 se
obtienen los liacutemites corregidos Si se observa la figura 38 se veraacute
que las latas nuacutemeros 132 172 y 278 estaacuten fuera de control Dado
que las latas 132 y 278 tienen una causa asignable se descartan
sin embargo el motivo de lo sucedido en la canoa 172 quizaacute se
deba al azar por lo que no se le descarta Ahora cnuevo obtiene de
la manera siguiente
131
119888119899119906119890119907119900 es el caacutelculo maacutes aproximado de la liacutenea central 1198880= 465
Los liacutemites de control corregidos de la graacutefica c son
Estos liacutemites de control sirven para iniciar la graacutefica empezando por
las latas que se fabricaron durante la tercera semana de mayo y se
muestran en la figura 39
Si se hubiera sabido el valor de co no habriacutea sido necesario
recopilar los datos ni calcular el liacutemite de control de ensayo
132
Fig 45 Grafica c de las no conformidades presentes en una lata por
concepto de imperfecciones
334 CAPACIDAD DEL PROCESO
La capacidad real del proceso no se puede calcular sino hasta que las
graacuteficas X y R han logrado obtener la mejora oacuteptima de la calidad sin
necesidad de hacer una considerable inversioacuten en equipo nuevo o en
adaptacioacuten de este La capacidad del proceso es igual a 6o cuando el
proceso estaacute bajo control estadiacutestico
Con frecuencia es necesario obtener la capacidad del proceso mediante un
procedimiento raacutepido en vez de usar las graacuteficas X y R Para emplear este
tipo de meacutetodo se da por sentado que el proceso estaacute bajo control estadiacutestico
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 con un total de 80
mediciones
2 Calcule la desviacioacuten estaacutendar de la muestra s de cada uno de los
subgrupos
3 Calcule la desviacioacuten estaacutendar promedio de la muestra
s =sg = s 20
133
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = sc4
En donde 1198884 se localiza en la tabla A y su valor para n = 4 es de 09213
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 1
Se estaacute empezando a poner en marcha un nuevo proceso y la suma de las
desviaciones estaacutendar de 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 es de 84
Calcule la capacidad del proceso
La capacidad del proceso tambieacuten se puede obtener mediante el rango Se
supone que existe un control estadiacutestico del proceso El procedimiento es el
siguiente
1 Tome 20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4 y un total de 80 mediciones
2 Calcule el campo de valores R de cada subgrupo
3 Calcule el campo promedio R = Rg = R20
4 Calcule el valor de la desviacioacuten estaacutendar de la poblacioacuten
o = R d2
Donde d2 se obtiene de la tabla A y si n = 4 su valor es de 2059
5 La capacidad del proceso seraacute igual a 6o
EJEMPLO 2
Un proceso no satisface en un momento determinado las especificaciones ldquoXrdquo
Calcule la capacidad del proceso tomando como base los valores del rango de
20 subgrupos cada uno de tamantildeo 4Los datos son
7553245945475734755 y 7
134
La capacidad del proceso y la tolerancia se combinan para formar un iacutendice
de capacidad el cual se define de la manera siguiente
Donde
Cp = iacutendice de la capacidad
LSE ndash LIE = especificacioacuten superior ndash especificacioacuten anterior o tolerancia
6o = capacidad del proceso
3341 INTERPRETACION DEL 119914119953
Si el Cp es igual a 1 estaacute presente una situacioacuten en la que la
capacidad del proceso (6) es igual a la tolerancia
Fig 46 Iacutendice de capacidad CP = 1
Si el Cp es mayor a 1 en esta situacioacuten la capacidad de proceso (6)
es menor que la tolerancia lo cual es el caso maacutes deseable
135
Fig 47 Iacutendice de capacidad CP gt 1
Si el Cp es menor que 1 la capacidad de proceso es menor que la
tolerancia lo cual es una situacioacuten indeseable
Fig 48 Iacutendice de capacidad CP lt 1
Supoacutengase que en el caso del problema cuyos datos se presentan en la
Tabla 32 sobre las dimensiones las especificaciones son 650 y 630
Calcule el iacutendice de la capacidad antes de mejorar la calidad (o=0038)
y despueacutes de mejorarla (o=0030)
El iacutendice de la capacidad no constituye en siacute una medida del
desempentildeo del proceso en funcioacuten del valor nominal o meta Esta
medicioacuten de obtiene mediante Cpk que se define como
136
Calcule el valor de Cpk para el caso del problema anterior (LSE=650
LIE=630 y =0030) considerando que el promedio es de 645
Calcule el valor de Cpk si el promedio es de 640
Respecto a Cp y Cpk se puede comentar lo siguiente
1 El valor de Cp no cambia cuando cambia el centro del proceso
2 Cp = Cpk cuando el proceso se centra
3 Cpk siempre es igual o menor que Cp 4
4 El valor Cpk = 100 es un estaacutendar o norma consagrado por la
praacutectica Indica que en ese proceso se estaacute obteniendo un producto
que satisface las especificaciones
5 El valor Cpk menor que 100 es indicacioacuten de que mediante el
proceso se estaacute obteniendo un producto que no satisface las
especificaciones
6 El valor Cp menor que 100 es indicacioacuten de que el proceso no es
capaz
137
7 Si Cpk es cero es indicacioacuten de que el promedio es igual a uno de
los liacutemites de la especificacioacuten
8 Un valor Cpk negativo indica que el promedio queda fuera de las
especificaciones
138
CAPIacuteTULO II
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
II 1 INGENIERIacuteA DE LA DESTILACIOacuteN
A CONCLUSIONES
La revisioacuten del material bibliograacutefico ha permitido ampliar el conocimiento de
las operaciones baacutesicas de transferencia de masa en el proceso de destilacioacuten
que pueden ser aplicados a la industria alimentaria
El tiempo del proceso de destilacioacuten estaraacute relacionado al volumen de la
sustancia a ser destilada teniendo como factores del proceso a la temperatura
presioacuten y volatilidad de los componentes de la sustancia a ser destilada
La destilacioacuten diferencia o sencilla es la maacutes aplicada en la industria de
alimentos para la obtencioacuten de agua ardientes y aceites esenciales
Todos los equipos de destilacioacuten usan como variables fundamentales la
temperatura y tiempo como mecanismo para su construccioacuten
La industria de la destilacioacuten se aplicada en diferentes productos comerciales
de la industria de alimentos y el crecimiento dependeraacute del aprovechamiento
de las propiedades de nuestros productos
B RECOMENDACIONES
Realizar trabajos de investigacioacuten sobre la ingenieriacutea en el proceso de
destilacioacuten de alimentos relacionado directamente sobre nuestros productos
nacionales como el caso del pisco para aumentar su rendimiento y rescatar
con mayor eficacia sus caracteriacutesticas organoleacutepticas
Realizar trabajos de investigacioacuten de ingenieriacutea de procesos de destilacioacuten de
aceites esenciales de materia prima originaria del Peruacute
II2 LIacutePIDOS
A CONCLUSIONES
Se conocioacute en forma teoacuterica los contenidos relacionados con los Liacutepidos y
Sistemas Coloidales sus caracteriacutesticas generales composicioacuten y
clasificacioacuten asiacute como sus aplicaciones en alimentos
El conocimiento a nivel bioquiacutemico de los liacutepidos nos permite tener ideas claras
de la interaccioacuten de los componentes y como estos pueden ser afectados a
diferentes procesos tecnoloacutegicos (Modificacioacuten de las grasas)
El conocimiento del deterioro de los Aceites y Grasas nos permiten utilizar las
tecnologiacuteas adecuadas para su prevencioacuten y control
139
B RECOMENDACIONES
Realizar temas de investigacioacuten en nuestra Universidad en la caracterizacioacuten y
el uso de aceites de intereacutes nutricional como por ejemplo el aceite de Sacha
Inchi
Realizar trabajos de Investigacioacuten acerca de la aplicacioacuten de la verdolaga
(Portulaca oleracea) en productos alimentarios la cual es la fuente vegetal
terrestre maacutes rica en AG Ω-3 examinada hasta ahora y es la uacutenica planta
terrestre que contiene ALA Ω-3 + EPA Ω-3
II3 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD
A CONCLUSIONES
Por su tipo se tiene causas de variacioacuten comunes que afecta a todos y que se
deben al disentildeo del sistema y a la forma habitual de operarlo y causas
especiales o asignables que ocurren de vez en cuando y que provienen de
afuera del sistema
Mejorar la calidad implica disminuir la variacioacuten en los procesos
Es importante conocer la variacioacuten e identificar el error como causa comuacuten o
especial
El valor de los datos estaacute contenido en el orden en que ocurren en el tiempo
Es maacutes praacutectico y de mejor identificacioacuten de la variacioacuten graficar los datos
contra el tiempo que almacenarlos en forma de tablas
B RECOMENDACIONES
Realizar un anaacutelisis de las causas de variacioacuten de un proceso tomando en
consideracioacuten si la causa de variacioacuten es comuacuten o especial
Realizar accioacuten sobre las causas comunes haciendo cambios estructurales
con el fin de disminuir la variacioacuten
Identificar y corregir causas especiales de variacioacuten es indispensable pero
esto es solamente resolucioacuten de problemas
140
BIBLIOGRAFIA
INGENIERIA DE LA DESTILACIOacuteN
Moore JA and Dalrymple DL Experimental Methods in Organic
Chemistry2PndP edition WB Saunders CoPhiladelphia 1976
Brewster RQ Vander Werf CA y Mc Ewen WE Curso Praacutectico de
Quiacutemica Orgaacutenica
2da Edicioacuten Alhambra SA Madrid 1979
Roberts RM Gilbert JC Rodewald LB and Wingrove AS Modern
Experimental Organic Chemistry Third Edition Holt Rinehart and
Winston NY 1978
Vogel AI A Texbook of Practical Organic Chemistry Third Edition
Longmans London 1962
ROBERT H PERRY Y CECIL H CHILTON 1986 Biblioteca del Ingeniero
Quiacutemico Editorial McGRAW ndash HILL
ROBERT E TREYBAL1980 Operaciones de transferencia de masa
Editorial McGRAW ndash HILL
RJ HENGSTEBECK 1964 Destilacioacuten principios y meacutetodos de disentildeo
Compantildeiacutea Editorial Continental
QI EDUARDO AMILLAS T 1943 El alcohol y su obtencioacuten industrial
Editorial Establecimientos graacuteficos la colmena SA Arequipa ndash Peruacute
Brennan JG (2008) Manual del procesado de los alimetos Zaragoza
Espantildea Acribia S A
Fellows P (2007) Tecnologiacutea del procesado de alimentos principios y
praacutecticas Zaragoza Espantildea Acribia SA
Web httpwwwrevistavirtualprocomrevista
GeanKoplis CJ 1998 ldquoProceso de transporte y operaciones unitariasrdquo 3ra
Edicioacuten Editorial CECSAz2
Endumedia (2002) destilacioacutencom
httpwwwalambiquescompiscohtm
httpwwwsevmexicocomcategoriasproductos
httpswwwelpiscoesdelperucomboletines
LIPIDOS
BADUI DERGAL SALVADOR 1995 Quiacutemica de los Alimentos Tercera
Edicioacuten Editorial Ed Alhambra Mexicana SA Meacutexico DF Meacutexico
Espantildea Paacuteg 211 ndash 273 503 ndash 519
BAILEY ALTON EDGARD 2001 Aceites y Grasas Industriales Segunda
Edicioacuten Editorial Reverte SA Barcelona Espantildea Paacuteg 176 ndash 178
141
BRAVERMAN 1980 ldquoIntroduccioacuten a la Bioquiacutemica de los Alimentosrdquo
Editorial El Manual Moderno SA de C V Meacutexico DF Paacuteg 189 ndash 204
248 ndash 265
CASTRO GONZAacuteLES MARIacuteA ISABEL Marzo 2002 INTERCIENCIA INCI
Vol27 Nordm 3 Aacutecidos Grasos Omega 3 Beneficios y Fuentes Caracas
CHEFTEL JEAN- CLAUDE CHEFTEL HENRI 1988 ldquoIntroduccioacuten a la
bioquiacutemica y tecnologiacutea de los alimentosrdquo Volumen I Editorial Acribia SA
Zaragoza Espantildea Paacuteg 215-233 265-289
LAWSON HARRY 1999 Aceites y Grasas Alimentarios Tecnologiacutea
utilizacioacuten y nutricioacuten Editorial ACRIBIA SA Zaragoza ndash Espantildea
NORMA GENERAL DEL CODEX PARA GRASAS Y ACEITES
COMESTIBLES 1969 Vol8 Rev1
ROSENTHAL 2001 Textura de los Alimentos Medida y Percepcioacuten
Editorial Acribia Espantildea Pag 2 ndash 18 177 ndash 189
SALAS CASTRO JORGE E 2004 Tecnologiacutea de Aceites y Grasas
Comestibles Editorial Nuevo Milenio 1era Edicioacuten Peruacute
ZILLER STEVE 1996 ldquoGrasas y Aceites Alimentariosrdquo Editorial Acribia
SA Zaragoza Espantildea Paacuteg 5 ndash 51
CONTROL DE CALIDAD
JM JURAacuteN FRANK M GRYNE Manual de Control de Calidad IV Edicioacuten
Volumen 2
DALE H BESTERFIELD Control de Calidad IV Edicioacuten Editorial Prentice Hall
Hispanoamericana SA
PAGINA WEB wwwgaleoncomguadalupeleonardoaficiones980200html
WEB wwwscienceoasorgOEA_GTZLIBROSEL_MAPAcap3_mapahtm
142
ANEXO 1 LIacutePIDOS
ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO MAacuteS IMPORTANTES EN EL ORGANISMO Y
LA DEFENSA ANTIOXIDANTE
Ya sabemos de donde proceden las especies reactivas de oxiacutegeno En el siguiente
cuadro se exponen brevemente las maacutes importantes destacando sus particularidades
CUADRO PRINCIPALES ESPECIES REACTIVAS DE OXIacuteGENO EN EL
ORGANISMO
ERO Particularidades
Anioacuten superoacutexido (-Obull2) Formado en reacciones de autoxidacioacuten (flavoproteiacutenas
ciclo redox)
Radical hidroxilo (bullOH) Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-
Weiss catalizada por metales (hierro) Es la especie de
vida media maacutes corta y el maacutes reactivo de todos Puede
captar los electrones de los tioles por lo que interactuacutea
con las bases nitrogenadas de los aacutecidos nucleicos
alterando la informacioacuten geneacutetica de las ceacutelulas
Tambieacuten estimula la peroxidacioacuten lipiacutedica afectando a
los fosfoliacutepidos de las membranas celulares
Radical peroxilo (ROObull) Formado a partir de hidroperoacutexidos orgaacutenicos o del
ROOH por peacuterdida de H+
Peroacutexido de hidroacutegeno
(H2O2)
Formado a partir de la dismutacioacuten del -Obull2 o puede
proceder directamente del O2 Al no contener electrones
despareados no puede ser considerado como un
auteacutentico radical libre
Acido hipocloroso (HOCl) Producido por accioacuten del estallido respiratorio de las
ceacutelulas defensivas Se origina a partir del H2O2 por
accioacuten de la mieloperoxidasa Tampoco puede ser
considerado estrictamente como un radical libre
143
iquestiquestrsquo09987766543111|||5ido
niacutetrico (NO)
Producido por la unioacuten del oxiacutegeno con el nitroacutegeno
induciendo lipoperoxidacioacuten lipiacutedica (Rajaraman y col
1998)
Iones Fe+++ y Cu++ Actuacutean como catalizadores en la formacioacuten de radicales
hidroxilo (Campbell y Miller 1998) de ahiacute la importancia
que adquieren las proteiacutenas encargadas de transportar
estos iones mantenieacutendolos secuestrados (Leung
1998 Inanami y col 1999)
Oxiacutegeno singlete (1O2) Es el oxiacutegeno molecular simple el primer estado
excitado Se forma por la activacioacuten del O2 (luz solar
radiaciones)
Fuente Ramoacuten 1993
144
ANEXO 2 CONTROL DE CALIDAD
