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    Introduccion a la Ingeniería en Alimentos Introduccion a la Ingeniería en Alimentos Document Transcript

    • ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción INGENIERIA EN ALIMENTOS • Diana Coello (Jefe de Grupo) • Ivonne Buenaño • Ana Chang • Gianella Franco • Ma. Gabriela Guevara • Mariela Muentes • Andrea Pérez • Solangy Regalado • Andrea Samaniego • Fabiola Suárez • Carolina Villavicencio ÍNDICE 1
    • Presentación 1 Índice 2 Temario de clases 3 Clase #1 Políticas de curso 5 Clase #2 El ingeniero y la ingeniería en alimentos 10 Tipos de productos alimenticios 11 Clase #3 Buenas prácticas de manufactura 22 Clase #4 Principios básicos de conservación de alimentos 27 Clase #5 Principios matemáticos, físicos y químicos 33 Clase #6 Principios químicos 40 Clase #7 Operaciones básicas de la Industria Alimentaria 51 Clase #8 Procesos industriales 55 Clase #9 Procesos industriales 56 Clase #10 Procesos industriales 61 Clase #11 Corrección del aporte 64 Corrección del aporte 79 Temarios de clases 2
    • CLASE # 1 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Octubre 14 2008 SECCIÓN: Unidad 1 CONTENIDO: Políticas de curso CLASE # 2 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Octubre 16 2008 SECCIÓN: Unidad 1 CONTENIDO: Tema 1: Rol del Ingeniero Tema 2: El Ingeniero y la Ingeniería en Alimentos Tema 3: Tipos de productos Capítulos 1,2,3,4,14 de Krick CLASE # 3 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Octubre 21 2008 SECCIÓN: Unidad 1 CONTENIDO: Tema: Las buenas prácticas de manufactura Video 1: Higiene del personal Video 2: En la línea CLASE # 4 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Octubre 23 2008 SECCIÓN: Unidad 1 CONTENIDO: Tema: Principios básicos de conservación de alimentos Video: Arriesgando demasiado CLASE # 5 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Octubre 30 2008 SECCIÓN: Unidad 2 CONTENIDO: Tema: Principios matemáticos, físicos y químicos Principios físicos Cambios que sufren los alimentos CLASE # 6 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Noviembre 04 2008 SECCIÓN: Unidad 2 CONTENIDO: Tema: Principios químicos 1. Concentración de las soluciones 2. Unidad mol CLASE # 7 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Noviembre 11 2008 SECCIÓN: Unidad 2 CONTENIDO: Tema: Operaciones Básicas de la Industria Alimentaria CLASE # 8 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Noviembre 18 2008 SECCIÓN: Unidad 2 CONTENIDO: Tema: Procesos industriales Definición de proceso Métodos de descripción Ejemplos 3
    • CLASE # 9 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Noviembre 20 2008 SECCIÓN: Unidad 2 CONTENIDO: Tema: Procesos Industriales Ejercicios de aplicación CLASE # 10 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Diciembre 2 2008 SECCIÓN: Unidad 2 CONTENIDO: Tema: Procesos Industriales Ejercicios de aplicación CLASE # 11 FECHA EN QUE SE DICTÓ: Diciembre 4 2008 CONTENIDO: Corrección del aporte Martes, 14 de octubre del 2008 Clase Nº 1 Tema: POLÍTICAS DE CURSO INFORMACIÓN GENERAL DEL CURSO Código: FIMP- 05066 Pre-requisitos: Introducción a la Ingeniería en Alimentos Carrera: Ingeniería en Alimentos Carga semanal: 4 horas teóricas Lugar de Clases: Aulas FIMCP Horario de clases: Martes y Jueves de 9h30-11h30 Horario de exámenes: Martes 9h30. Ver calendario de actividades académicas INFORMACIÓN SOBRE EL PROFESOR Nombre: Karín Coello Ojeda Titulo(s): Magíster en Docencia e Investigación Educativa, Ingeniera de Alimentos, Tecnóloga en Alimentos. Oficina 17-114 Teléfono: 2269-368 Email: kcoello@espol.edu.ec 4
    • OBJETIVO GENERAL  Confirmar la vocación de los estudiantes por el estudio de la Ingeniería en Alimentos, desarrollando la mentalidad analítica para determinar condiciones y cambios durante la aplicación de las operaciones unitarias en el procesamiento de alimentos.  Obtener criterios de actuación de un Ingeniero de Alimentos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Familiarizarse con los procesos Industriales de productos alimenticios.  Emplear factores de conversión de unidades para resolver problemas relacionados con las operaciones unitarias de la ingeniería en alimentos.  Describir un proceso alimenticio a través de diagramas o palabras utilizando su conocimiento sobre las operaciones básicas.  Detallar algunas operaciones básicas de la industria  Identificar los cambios físicos, químicos y bio-químicos de los alimentos cuando son procesados.  Identificar las variables de proceso más comunes que se presentan en el trabajo de un Ingeniero de Alimentos. BIBLIOGRAFIA  KRICK, Edward V., Introducción a la ingeniería y al diseño en la ingeniería, Editorial LIMUSA, 3º edición, México, 1994  VALIENTE, Antonio, Problemas de balance de materia y energía en la industria alimentaria, Editorial LIMUSA, México, 1986  HIMMELBLAU, David, Balances De Materia Y Energía, Cuarta edición, PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA, México, 1988  Brennan, J. G.; Butters, J. R.; Cowell, N. D.; Lilly A. E. V. Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. Editorial Acribia, 1990  EARLE R. L. with EARLE M.D., Unit Operations in Food Processing, Published by NZIFST (Inc.), 2004  Earle R. L. Ingeniería de los alimentos: las operaciones básicas del procesado de los alimentos. Editorila Acribia,1998.  Singh P.R.; Heldman, D. Introducción a la Ingeniería de los Alimentos. Editorial Acribia, S. A., 1997  Batty J.C. y Folkman S.L., Fundamentos de la Ingeniería de Alimentos, C.E.C.S.A. México, 1989. METODOLOGIA DEL CURSO Clases dinámicas, con ayudas audiovisuales, en dos sesiones de dos horas a la semana. Se cumplirán básicamente las siguientes actividades:  Investigaciones  Deberes  Visitas técnicas  Evaluaciones periódicas  Informes técnicos Los trabajos de investigación e informes técnicos deben presentarse en carpeta con hojas papel bond tamaño A 4 impresas en computador. VISITAS TÉCNICAS 5
    • Para las visitas a la industria, se conforman grupos de al menos diez estudiantes. El grupo debe presentar informe técnico (seguir formato). Cada grupo (lider) se encarga de hacer el seguimiento hasta la confirmación de la visita. Las visitas deben ser confirmadas hasta la tercera y octava semana de clases de cada parcial respectivamente. EVALUACION DE VISITAS TECNICAS PUNTAJE 2 2 2 2 2 10 20 GRUPO Sello Confirma- Entrega de Conducta Informe NOTA recibido de ción escrita actividad de durante técnico TOTAL LIDER la empresa visita cada Asistencia visita DE integrante VISITA TECNIC A El informe técnico de cada visita deberá entregarse en un plazo máximo de 7 días después de la fecha de la visita. El día de lección es el primero de cada semana y NO SE TOMARAN LECCIONES ATRASADAS. Una lección no dada equivale a la nota de cero en esa lección. MATERIALES DE APOYO Bibliografía recomendada Tabla de apoyo y hojas (para las visitas) Gorro y mandil blancos EVALUACIÓN PRIMERA EVALUACION: SEGUNDA EVALUACION: TERCERA Actividad académica 40%: Actividad académica 40%: EVALUACION: Lecciones 20 ptos Lecciones 20 ptos Visita técnica 20% Visita técnica 20 ptos Visita técnica 20 ptos Examen escrito 80% Deberes/Investigación 10 ptos Deberes/Investigación 10 ptos Examen 60% Examen 60% CONTENIDO DETALLADO 6
    • CONTENIDO TEÓRICO Nº HORAS UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN (10 HORAS) 1.1 Rol del Ingeniero 4 1.2 Características del Ingeniero y de la Ingeniería en Alimentos 1.3 Principios básicos 1.3.1 BPM 4 1.3.2 Tipos de productos alimenticios 1.3.3 Cambios que sufren los alimentos 1.4 Dimensiones y Unidades 2 1.5 Factores de conversión de unidades UNIDAD 2: CARACTERISTICAS GENERALES DE LA INDUSTRIA (18 HORAS) ALIMENTARIA 2.1 Operaciones básicas 2 2.2 Métodos de conservación de alimentos 4 2.3 Equipos y accesorios utilizados en las plantas procesadoras de 2 alimentos 2.4 Procesos industriales 10 UNIDAD 3: OPERACIONES UNITARIAS DE LA INGENIERIA EN (14 HORAS) ALIMENTOS 3.1 Definición y clasificación de las Operaciones Unitarias 2 3.2 Principios básicos y unidades 4 3.3 Ejercicios de aplicación 8 (14HORAS) UNIDAD 4: RELACION DE LAS VARIABLES DE PROCESO CON LA CALIDAD 4.1 Definición de las variables más usadas en el procesamiento de 1 alimentos 4.1.1 Composición/Concentraciones 3 4.1.2 Cantidad de materia procesada 3 4.1.3 Temperatura 2 4.1.4 Energía, calor y trabajo 3 4.1.5 Presión 2 FORMATO PARA REPORTE DE VISITAS 1. - HOJA DE PRESENTACIÓN ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL CARRERA DE INGENIERIA EN ALIMENTOS Materia: INTRODUCCION A LA INGENIERIA EN ALIMENTOS Visita a………………………………………….. 7
    • Profesora: Ing. Karín Coello O. Jefe de grupo: Fecha de entrega: 2. - INDICE 3. - INTRODUCCION Esta es una presentación del trabajo, donde puede indicarse las características tecnológicas del producto o tecnología del proceso. Debe indicar el nombre y localización de la empresa y la reseña del contenido del reporte y, además no sobrepasar 1 carilla. 4. - INVESTIGACION (siempre que se envíe) 5. - PROCEDIMIENTO (el desarrollo de éste es lo más importante del reporte) 5.1.- Funciones de cada integrante del grupo 5.2.- Detallar toda la información recopilada de lo que observaron durante la visita. 6. - CONCLUSIONES. (En base a los objetivos planteados en cada visita) 7. - OBSERVACIONES Principalmente sobre aplicación de GMP (Buenas Prácticas de Manufactura) 8. - RECOMENDACIONES Sobre procedimientos, aplicación de GMP (Buenas Prácticas de Manufactura), etc. 9. - BIBLIOGRAFIA Autor, TITULO DEL LIBRO, Editorial, ciudad, año (Si es Internet coloque el link que aparece como resultados del buscador) 10. - ANEXOS (si los hubiera) NOTA: INCLUIR EN EL INFORME, DESPUES DEL INDICE, EL PROCEDIMIENTO PROPORCIONADO POR LA PROFESORA. El reporte debe ser tipiado en computadora, usando un solo tipo de letras y de hojas. El reporte se entregará siete días después de la visita. Jueves, 16 de octubre del 2008 Clase Nº 2 Tema 1: ROL DEL INGENIERO utiliza Ingeniero Crea conocimientos Inventa científicos Diseña resolver problemas Innova Ingenia resultados tangibles 8
    • Ingeniero es la persona capacitada capaz de crear, inventar, diseñar e innovar, empleando su ingenio para resolver problemas utilizando conocimientos científicos. El resultado del trabajo de un ingeniero siempre es algo tangible. Diseño.- Todos los pasos o actividades que el ingeniero realiza desde el planteamiento del problema hasta la solución, que desde el punto de vista social y económico satifaga las necesidades de la sociedad. Tema 2: EL INGENIERO Y LA INGENIERÍA EN ALIMENTOS Los Ingenieros en Alimentos Un ingeniero en alimento es la persona encargada de la producción, desarrollo y diversificación de productos alimenticios, ya sea para humanos o para concumo animal. Agrícola Producción de alimentos Pecuaria Bio-acuática Post- producción productos alimenticios La tarea del ingeniero de alimentos es el diseño de sistemas o procesos para la mayor y mejor conservacion de los productos alimenticios. Conservar o preservar un alimento:  Extender su vida util.  Reducir su velocidad de deterioro.  La conservacion se logra:  Aplicacion de métodos y técnicas.  Uso de materiales y empaques.  Principios de sanidad e higiene. Ingeniería de manipulación, conservación, Alimentos transformación y almacenamiento de productos alimenticios aplicación de las ciencias procesamiento de alimentos fenómenos de trasnsporte 9
    • propiedades físicas de los alimentos Actividad del ingeniero en alimentos: Diseño, desarrollo, optimización de líneas. Reingeniería, volver a inventar, realizar un nuevo proceso. Escalado de procesos, hacer de pequeñas a grandes producciones. Evaluación de líneas, procesos y equipos. Desarrollo de productos. Implementación y análisis de sistemas de calidad y sistemas de prevención de fallas. Adaptación de nuevas tecnologías. Tema 3: TIPOS DE PRODUCTOS Alimentos frescos Son aquellos alimentos que no presentan modificaciones sustanciales en su estructura, no han sufrido ningún cambio o transformación salvo su higienización y corte para su comercialización. Ejemplo: frutas troceadas, carnes fileteadas, etc. Alimentos Procesados Son aquellos alimentos que han sido modificados sustancialmente en su estructura a tal punto que se producen nuevos productos. Ejemplo: embutidos, enlatados, etc. Tipos de productos alimenticios Conservas: Largo tiempo de vida útil, van enlatadas. Semi-conservas: Generalmente requieren de otro método de conservación para prolongar su vida útil como la refrigeración. Embutidos: Mortadela, longaniza, chorizo, salami, jamón, o productos de charcutería. 10
    • Lácteos: Leche y sus derivados, manjar, yogurt, queso, mantequilla. Extruidos: Cereales, cachitos, tostitos, snacks. Polvos: Harinas, cocoa, azúcar impalpable, etc. Congelados: Pizza, vegetales, lasaña, etc. Bebidas: Carbonatadas, no carbonatadas (jugos), energizantes, alcohólicas. Pre-cocidos: Alimentos que han sido previamente ccocidos. 11
    • Postres: Helados, galletas, tortas. Salsas y aderezos: Condimentos y especias como orégano, pimienta, mostaza, comino, etc. Horneados: Galletas, tortas, pavos, etc. Funcionales: Alimentos que mejoran funciones del organismos, tales como alimentos para la digestión. Aceites y grasas: Mantequilla, aceites, manteca. Resúmenes de los capítulos de KRICK Capítulo Nº 1 Ingeniería en acción – Algunos casos La Computer Electronics Company creó un sistema llamado Diagnosticador, que servía a los médicos para poder diagnosticar enfermedades. A la máquina se le suministra una lista de padecimientos por cada enfermedad. Aunque la utilidad de la máquina es potencialmente buena, la gerencia de CEC no está dispuesta a invertir sin antes convencerse de que este proyecto va a producir buenos ingresos, para lo cual pide al ingeniero inventor que proporcione las especificaciones preliminares y un cálculo de los costos que se deben hacer para sacarlo a la venta, además que el dispositivo debe ser de fácil manejo, funcionar con corriente eléctrica y que debe en un minuto proporcionar la información deseada. El ingeniero concibe varias posibilidades, una sería ubicar estos aparatos en los consultorios para que los médicos y enfermeras transmitan la información a una unidad central de procesamiento que estaría al servicio de algunos usuarios. Otra alternativa sería que cada médico tenga una máquina en su oficina. 12
    • El ingeniero investigará lo modos alternativos para procesar los datos de los enfermos. Debe trabajar además con otros especialistas como un matemático, quien le ayudará con la teoría de las probabilidades, con un especialista en mercadotécnica, con expertos en fabricación y con médicos. Al final debe presentar a la compañía un informe en donde incluirá esquemas del proyecto, descripciones de su operación y funcionamiento, cálculos de los costos relacionados con la fabricación y la proyección económica para que la gerencia pueda tomar una buena decisión. Máquina de producción automática El sistema telefónico ha funcionado durante años como millones de interruptores, sin embargo remediar fallas externas como la humedad sumado al costo del mantenimiento ha sido una de las preocupaciones de la compañía. Se pidió a un ingeniero que hiciera un estudio para reducir costos, mejorando la confiabilidad el sistema. El ingeniero desarrolló un tipo de interruptor bastante ingenioso, rápido y confiable. Pero tendría también que desarrollar un método económico para transformar los tubos de vidrio, las lengüetas metálicas y el gas en los interruptores para que al fabricar millones de interruptores no tengan un costo prohibitivo. Durante todo el proyecto periódicamente se detenía al equipo de ingenieros para reevaluar las probabilidades de llegar a un bajo costo, pero si en algún momento el método de fabricación resultaría de un costo prohibitivo, tendrían que volver a buscar otra solución al problema. Los miembros de equipo suelen ser llamados ingenieros de proceso o de fabricación, generalmente se complementan y es vital su estrecha colaboración ya que cada uno se concentra en su especialización. El ingeniero de proyecto coordina las actividades del grupo con el objeto de asegurar que todas las partes estén adecuadamente relacionadas entre sí. Después de desarrollar la máquina a más bajo costo, tenían que especificar detalladamente para que su pueda construir un prototipo de la máquina. Durante la construcción fue necesario hacer modificaciones al diseño original. Cuando estuvo terminado realizaron modificaciones adicionales al diseño y después del periodo de prueba se dio por terminado el prototipo. Luego un grupo de dibujantes elaboró las especificaciones en su versión final. Para que pudieran construir otras máquinas iguales. Los ingenieros siguieron observando el funcionamiento, recomendando los cambios necesarios al proyecto. Potabilizador de agua doméstico Generalmente la fuente de agua potable es el agua salobre que se encuentra en mantos subterráneos. Como resultado de la disminución de agua dulce una compañía está desarrollando un equipo para convertir dicha agua salada en agua dulce. El ingeniero encargado además de desalar el agua la debe purificar. Este convertidor será útil en las casas, establecimientos comerciales, en unidades militares y a bordo de embarcaciones. Consiste en transformar grandes cantidades de agua salada en agua potable a bajo costo. A parte de su capacidad inventiva el ingeniero debía entender los fenómenos de evaporación, condensación, procesos técnicos y otros hechos científicos, que son productos del proceso llamado invención, frutos del poder creativo de su mente. En esta máquina fue necesaria una gran labor de investigación, se emplearon muchas horas de prueba, dando como resultado un dispositivo técnicamente bien realizado y que tendría éxito financiero. Puente tunel de la Bahia de Chesapeake El puente túnel de 29 km. De longitud es el más largo paso de cruce sobre mar navegable construido por el hombre. Esta obra fue diseñada por una firma de ingenieros consultores. Se les encargó seleccionar el sitio de la obra, diseñar la estructura y supervisar su construcción. Los ingeniero prestan cuidadosa atención en la construcción de la obra, los pilotes de apoyo, las piezas transversales, las secciones de túneles se prefabricaron por métodos 13
    • de producción en masa, en tierra firme, donde la construcción es menos dificultosa y a menor costo. La inversión fue de 15 millones, y dependió en gran parte de la capacidad y habilidad de los ingenieros para diseñar un estructura que reduzca el costo de su construcción. Desarrollo de un aeroplano Un grupo de ingenieros ha desarrollado un tipo de aeroplano llamado VTOL, un aeroplano de despegue y aterrizaje vertical. Los ingenieros tenían que desarrollar un aeroplano con suficiente empuje para ascender verticalmente y desplazarse horizontalmente, y con un sistema de control que mantuviera la estabilidad del aeroplano. El equipo de ingenieros podían planear experimentos eficaces e interpretar con inteligencia los datos resultantes. El ejército de los Estados Unidos financió el proyecto. Lo que la empresa recibirá en el futuro depende de lo bien que realicen su trabajo los siete ingenieros que forman el grupo. Capítulo Nº 2 ¿Qué requiere la ingeniería? Los ingenieros poseen muchas cualidades que practican en su profesión. Un problema de ingeniería se inicia por el reconocimiento de una necesidad que se puede satisfacer mediante un dispositivo, una estructura o un proceso. El reto a que se enfrenta el ingeniero es transformar el enunciado vago de lo que se desea en las especificaciones de un medio conveniente que satisfaga el objetivo que se desea. En los casos analizados se aprecia diferentes maneras de alcanzar el objetivo. Todo proyecto de ingeniería fija una fecha límite. En los costos de producción, el ingeniero tiene que enfocarse en el beneficio del comprador final. Muchos negocios dependen de los costos que dan los ingenieros al proyecto de inversión. Muchas veces el trabajo de los ingenieros es tangible, mucha gente llega a la conclusión de que los ingenieros pasan la mayor parte de su tiempo trabajando en un medio abstracto: reuniendo datos, calculando, pensando. Pasan días enteros haciendo preguntas, dando consejos e intercambiando ideas. Su responsabilidad también es interesarse en los efectos que sus obras producen en la gente. Habilidades Para resolver problemas se necesita habilidad y capacidad. El ingeniero debe saber cómo preparar, conducir y evaluar experimentos que le den la máxima cantidad de información con el mínimo de tiempo y costo, está la habilidad para efectuar mediciones y experimentación, la habilidad para obtener conclusiones inteligentes a partir de las observaciones, la capacidad de razonamiento, la capacidad analítica. Una habilidad importante es la destreza matemática, el cálculo matemático, pero muchas tareas de cálculo se las puede realizar con las computadoras. Otra habilidad es la de trabajar con otras personas, el contacto con muchas personas de muy diversa capacidad. Las habilidades para la solución de problemas, comunicación, matemáticas son habilidades que se pueden adquirir mediante el estudio. Conocimientos El ingeniero debe poseer gran conocimiento en áreas como : ciencias, sistemas de ingeniería, economía, diseño de máquinas y estructuras complicadas. Actitudes Las actitudes son difíciles de definir. La flexibilidad, receptividad al cambio de los conceptos, a innovaciones de la técnica y a nuevas ideas. La actitud hacia la gente, sus superiores, colegas y en especial hacia las personas a las que afectan directa o indirectamente sus soluciones, es el factor más importante. El hombre común confía en el profesional, y éste tiene la obligación de realizar sus servicios con todo apego a la ética. La obligación del profesional abarca:  Seguir de cerca el proyecto hasta el logro de una solución.  El deseo de hacer el seguimiento con objeto de beneficiarse con la experiencia obtenida de la misma. 14
    •  Sentimiento de responsabilidad hacia sus colegas.  Mantener en la más estricta reserva las ideas no patentadas, los procesos secretos que la compañía considera de su exclusiva propiedad.  La preocupación por las consecuencias directa e indirectas de sus soluciones. Para realizar sus funciones con eficacia, los ingenieros tienen que poseer cualidades que se incluyen en tres categorías: habilidades (diseño, medición, comunicación), conocimientos (de física, economía), y actitudes (objetividad, preocupación por el bien social, voluntad de continuar aprendiendo). Capítulo Nº 3 ¿Qué ofrece la ingeniería? La principal satisfacción que produce es crear. Cada ingeniero expresa en sus propias palabras la felicidad que goza al crear estructuras, maquinas, y otros aparatos útiles. Además, esta profesión ofrece variedad. Existe la variedad dentro de cada proyecto. En igual forma se tiene variedad de un trabajo a otro, dentro de la misma ocupación. En último término, hay variedad en las oportunidades de empleo. OPORTUNIDADES Existen las ramas clásicas de la ingeniería, establecida durante muchos años, como la ingeniería aeronáutica, la química, la civil, etc. Hay además otras nuevas ramas de creación reciente, como las dedicadas a los viajes espaciales y a la instrumentación medica. En la práctica, la mayoría de los ingenieros concentran su esfuerzo en una fase de alguna de las especialidades principales. Dentro de cada especialidad existe una gran variedad de actividades entre las que se puede escoger. Uno de los extremos es la ingeniería de desarrollo, una especie de frontera de trabajo de ingeniería; los problemas. En contraste esta la ingeniería de ventas, en la que interviene un mínimo de innovaciones técnicas, pero un máximo trato con la gente. Entre estos dos extremos hay centenares de trabajos con grandes diferencias en cuanto a actividades, problemas y demandas técnicas de la labor cotidiana. Los ingenieros se encuentran en industrias de aviación, aparatos eléctricos, automóviles, química, de las comunicaciones, de la construcción, electrónica, de la energía, de los metales, de la maquinaria y del transporte. Hay algunos que emprenden un negocio por cuenta propia o para trabajar en una organización pequeña. Otros no ejercen la profesión. RETOS  Minimizar los recursos naturales que consuman sus creaciones sin afectar la seguridad de los usuarios.  Aumentar en forma significativa la proporción de los recursos naturales disponibles que se pueden volver a usar, mediante la cuidadosa plantación al futuro durante el diseño. La ingeniería también necesita muchos mas individuos que la practiquen dedicando su talento a resolver los problemas mas apremiantes de la sociedad. El ingeniero puede contribuir a aliviar la angustia del hombre por el agotamiento de los recursos, a mejorar el ambiente, a reducir costo de los cuidados médicos, a combatir el hambre, a aliviar las condiciones que ocasionan las aglomeraciones sociales, a ayudar a los lisiados, a mejorar la seguridad de las personas que viajan y a la transportación de grandes cantidades de viajeros, a convertir las tierras áridas en fértiles y a ayudar a las naciones menos privilegiadas. Capítulo Nº 4 Diseño: Formulación del problema Un problema nace de un deseo de lograr la transformación de cierto estado de cosas en otro. En todo problema existe un estado original de cosas, al que se le llamara “estado A”, y un estado de cosas al que el resolvedor de problemas busca la manera de llegar, al que denomina “estado B”. Una solución es un medio de lograr la transformación que se desea. Para la mayoría de los problemas hay más soluciones posibles que las que se pueden investigar. 15
    • En un problema hay algo más que encontrar una solución; se necesita hallar el medio mas adecuada para lograr la transformación deseada. A la base sirve la que se debe dar preferencia a una solución, entre las que se estudien, se la llama criterio. Algunos criterios son el costo del aparato, seguridad, confiabilidad, la facilidad para realizar maniobras, etc. Los ingenieros están acostumbrados a pensar acerca de los criterios, a evaluarlos ya luchar con ellos. También deben trabajar con restricciones, una característica de la solución que no se puede eludir. Cuando se resuelve un problema no se debe ocuparse inmediatamente de los detalles en lugar de ocuparse del problema mismo. Para comenzar a formular un problema de debe identificar la transformación que se desea refiriéndose a los estados A y B. a medida que se hacen mas generales las especificaciones supuestas para los estados A y B, se vuelven mas variadas las soluciones alternativas, a la vez mas numerosas. Luche por formular cada problema de manera que abarque tanto del problema total, como lo permitan la importancia de las situaciones y los limites de la organización. La razón por la que se insiste en que se empleen formulaciones amplias de los problemas es que hay grandes probabilidades de lograr soluciones con gran mejoría. La sociedad tiene necesidad de ingenieros que ataquen sus problemas con visión amplia y saliéndose de todo convencionalismo. Todo problema se puede formular oralmente o en forma de diagrama, en papel o en su mente. El método de la caja negra que se emplea para visualizar problemas es un método de formulación digramática. La entrada es el estado A y la salida es el estado B. en la etapa de formulación del problema, no se sabe lo que ocurre dentro de la caja negra, ni tampoco es de interés. La caja se ocupa de manejar los detalles que usted esta tratando de evitar en esta etapa, y esa es precisamente la clave de su utilidad. Antes de que el ingeniero pueda resolver satisfactoriamente su problema, debe tener cifras estimadas confiables de las variables de entrada y de salida, así como de sus limitaciones. Las maneras en que pueden diferir las soluciones que se dan a un problema se llaman variables de solución. Una variable de solución es una característica de la solución que tiene libertad de alterar el que se resuelve el problema. Otro tipo más de información que tiene que obtener el ingeniero, es el alcance al que se usará su solución. El uso se hace importante en todos los casos en que el costo total es materia de preocupación, es decir, la suma del costo que representa llegar a una solución, el costo de hacerla físicamente y el costo ligado a su utilización. El ingeniero tendrá especial interés en la forma en que los diseños alternativos afectaran al costo de fabricación. El volumen de producción tiene efecto significativo en el tipo de solución que resulte óptimo, y es obvio que el ingeniero deberá saber que volumen de producción se espera antes de que comience a pensar en las soluciones. PROCESO DE DISEÑO Formulación del problema. Definición amplia, sin detalles, del problema en cuestión. Análisis del problema. Definición detallada del problema. Búsqueda de soluciones. Acumulación de soluciones alternativas, aplicando la invención, la investigación y cosas similares. Decisión. Evolución, comparación y selección de las alternativas hasta descubrir la mejor. Especificación. Documentación completa de la solución seleccionada. Capítulo Nº 14 Algunas generalizaciones Una parte muy importante de cualquier carrera de ingeniería se ocupa de las ciencias físicas, principalmente de la física y de la química. Se deben estudiar la ciencia física aplicada, los sistemas de la ingeniería y un cúmulo de conocimientos empíricos y prácticos. 16
    • Es en un curso de ciencia aplicada donde el estudiante de ingeniería amplia sus conocimientos en cuanto a los transformadores, partiendo del caso ideal hacia los casos reales. En sus cursos principales y en especial en los cursos avanzados aprenden a diseñar sistemas de comunicación, de transporte de conversión de energía, de control, de manufactura y de otras clases. Sin embargo, ningún estudiante estudia todo esto. En consecuencia, es inevitable que tenga que hacer cierta especialización. Algunas especializaciones son: Ingeniería aeroespacial. Se ocupa principalmente del diseño de sistemas para viajar más allá de la superficie terrestre. Ejemplos: aviones, naves estaciones, vehículos de colchón de aire, sistemas de guía y de otras clases relacionadas con el vuelo. Ingeniería Química. Se ocupa principalmente del diseño de procesos para la transformación química de los materiales a gran escala. Ejemplos: instalación para la producción de gasolina, pinturas, explosivos, caucho, cemento. Ingeniería civil. Se ocupa principalmente del diseño de grandes estructuras y de los medios para construirlas. Ejemplos: carreteras, puentes, prensas, canales, sistemas de abastecimiento de agua y de conducción de aguas negras, aeropuertos y puertos marítimos. Ingeniería eléctrica. Se ocupa principalmente del diseño de los medios por los cuales se genera la energía eléctrica y de sus formas de transmisión y utilización. Ejemplos: generadores eléctricos, sistemas de comunicación. Ingeniería Industrial. Se ocupa principalmente del diseño de sistemas de operación para la producción de bienes y servicios. Ejemplos: plantas para la fabricación de automóviles, astilleros, hospitales. Ingeniería mecánica. Se ocupa principalmente del diseño de los sistemas por los que la energía se convierte en formas mecánicas útiles. Ejemplos: motores de combustión, compresores y sistemas de transmisión. A menudo el ingeniero debe trabajar en conjunto con ingenieros educados en especialidades distintas a la suya, y tiene que emplear algunos de los conocimientos de otras ramas de la ingeniería. Es por eso que los estudiantes de ingeniería deben coger cursos de especialidades diversas a la que haya elegido. La práctica de la ingeniería requiere de cierta familiarización con la economía, las ciencias políticas, la psicología y la sociología. La ciencia y la ingeniería difieren en cuatro aspectos básicos de cada una; las preocupaciones que predominan día a día; los productos finales primarios y el conocimiento que se emplea. Así pues, los ingenieros hacen investigaciones, y también los científicos diseñan instrumentos y resuelven problemas. La clave de la distinción es lo que constituye el objetivo principal y lo que constituye un medio para lograr un fin. 17
    • Martes, 21 de octubre del 2008 Clase Nº 3 Tema: LAS BUENAS PRÁCTICAS DE MANUFACTURA (GMP) • GMP por sus siglas en inglés. • Requisitos mínimos que permiten desarrollar productos alimenticios. • Incluyen el control de la higiene, de la temperatura del producto, manejo de desechos, entrenamiento de los empleados, diseño de la planta, etc. • Son la base para un alimento seguro, y una herramienta para proteger el consumidor de los riesgos de salud. • Basadas en parámetros mundiales. • Si no se cumple con los requisitos de las GMP, se debe considerar que el producto representa un gran riesgo para la salud del consumidor. • Aceptadas por los gobiernos. • De cumplimiento obligatorio según industria (medicamentos, cosméticos, alimentos). ¿Para qué sirven? • Asegurar calidad homogénea y reproducible en los productos. • Garantizar seguridad de los productos. • Satisfacer exigencias del consumidor. • Facilitar nuestro trabajo. • Disminuir riesgos. • Mejorar la eficiencia y el rendimiento. Sugerencias para una buena práctica de manufactura: • Reportar si tiene cortadura o granos o está enfermo. No intente trabajar con alimentos e ingredientes. • Use ropa limpia, malla para el pelo o gorra. El pelo debe ser cogido de manera que no caiga en el producto. • Asegúrese de lavarse las manos luego de ir al baño, toser, estornudar, soplarse la nariz o manejar productos no alimenticios. • Desinfecte sus manos luego de lavarlas si se requiere. • No se rasque o toque la cabeza, cara u otra parte del cuerpo mientras manipule alimentos. • Guarde abrigos, etc. en un lugar ordenado. • Deposite los desperdicios (lunch o envases) en los basureros. 18
    • • No fume en áreas prohibidas. • Siga las instrucciones de la planta. Admitidas por la FDA (Food and Drug Administration) de EEUU contemplan las siguientes normas (extracto): En general: 1. El producto debe haber sido empacado procesado. 2. Buen tratamiento de las materias primas durante su manipulación y transporte hasta salir el producto. 3. Las personas que manejan los alimentos deben conocer que la limpieza es lo principal si el alimento va a ser guardado entero. Por ello deben usar guantes, cabello cogido y ropa adecuada. 4. Si partimos de materia prima sucia y mala vamos a obtener un producto de baja calidad. 5. Cada empleado debe ser inducido a mantener la limpieza aunque él mismo no haya causado desorden o suciedad. 6. Cuando existe problema de producción o sanitario en la industria, se realiza una reunión entre Gerentes y debe aceptarse el criterio de todos pues normalmente hay desacuerdos entre producción y control de calidad. Se debe tomar una decisión considerando las normas de manipulación establecidas. En la planta de procesamiento: 7. Se debe evitar la acumulación de material de hierro en el patio de la planta y no acumular otros desperdicios pues éstos contribuyen a la presencia de roedores. 8. El almacenamiento debe realizarse ordenadamente, evitando apilamientos de cajas, cartones u otros embalajes. 9. Los pallets ayudan a mantener el producto lejos del suelo, impidiendo la proliferación de roedores e insectos, además permiten la ventilación del producto embalado. 10. Si algo no es útil y sin valor, tírelo. 11. Si algo es útil, debe almacenarlo en repisas 12. Mantener limpios los equipos, pues de lo contrario se producen bacterias si lo tenemos cerca de los alimentos. 13. Algunas industrias tienen operarios que realizan el aseo de la planta, otras tienen un grupo de limpieza. 14. Es recomendable el uso de botas. 15. Algunas veces las operaciones realizadas durante el procesamiento de alimentos producen salpicaduras en el equipo, por lo que es necesaria la limpieza del mismo al cabo de un turno. 16. Tuberías y otras superficies son esenciales en una planta procesadora de alimentos. En ellas suele acumularse polvo y condensado. 17. Las tuberías deben estar instaladas de modo que no atraviesen por encima de la línea de proceso. 18. Las tuberías pueden ser aisladas, pero el aislamiento viejo puede contaminar. 19. Si hay fuga de agua o condensado en la tubería, puede producirse óxido. Para evitar la condensación se debe ventilar la tubería. 20. Para evitar contaminación, tapar los tanques. 21. Se deben tomar precauciones sobre la forma de la tapa de los tanques, éstas deben tener un diseño que permita su fácil limpieza. 22. Las cubiertas son usadas para cubrir el producto del polvo. 19
    • 23. En caso de observar alguna anomalía como una gotera se debe avisar inmediatamente al supervisor. 24. Los focos pueden romperse por variación de voltaje, por lo tanto debe usarse una protección y colocarlos a una distancia prudencial de la línea de fabricación. 25. Otra opción para evitar problemas con los focos es el uso de fluorescentes. 26. La lámpara o foco no debe estar sobre la línea de proceso. 27. La humedad y el calor atrae a las moscas. En una planta de procesamiento de alimentos NO deben haber moscas ni insectos ya que pueden envasarse junto con los alimentos. 28. Una forma de evitar las plagas dentro de la planta es la fumigación de los alrededores. 29. Se puede usar mallas, cortinas de aire o lámparas con luz ultravioleta para evitar moscas y otros insectos. 30. Los servicios higiénicos deben estar fuera de las instalaciones donde se procesa el alimento. Si el baño de los obreros está sucio, ellos al utilizarlo llevarán microorganismos a su sitio de trabajo. 31. Se debe incentivar al uso de detergentes o sanitizantes luego de utilizar el servicio higiénico. 32. Los lavaderos deben ser amplios y cercanos a quienes manipulan los alimentos para que se laven frecuentemente las manos. 33. Ningún instrumento debe estar en el piso. 34. Sacar los desperdicios fuera del área de producción. La acumulación de desperdicios sólidos o líquidos atrae bacterias, ratones, etc., causa malos olores. 35. Evitar los desperdicios por una mala manipulación. 36. Deben existir canales para los desperdicios líquidos que no son tan fáciles de eliminar pues hay que tratarlos antes de botarlos. 37. Cuando en los equipos no existen áreas de fácil limpieza, se produce contaminación. 38. Ciertas fábricas contratan un equipo especial para la limpieza. Este grupo conoce cómo desarmar y qué sustancias utilizar para una buena limpieza. 39. Debe existir una limpieza constante mientras se realizan las operaciones de la planta. 40. Asegurarse de que cada material de limpieza tenga las instrucciones adecuadas. 41. Los materiales tóxicos deben estar bajo la responsabilidad de una sola persona. 42. Animales no pueden estar en una planta de alimentos. PROHIBIDO perros o gatos. 43. Notificar si existen problemas con grasas o lubricantes. Existen grasas especiales que son comestibles y pueden estar en contacto con los alimentos. 44. No procesar comida para humanos y para animales al mismo tiempo y en la misma área. 45. La humedad genera proliferación de mohos. El operario: 46. No se debe manipular alimentos si se está enfermo, con alguna herida o grano. 47. Si la herida está en la mano, ésta debe cubrirse con un guante de goma. 48. Los guantes pueden causar contaminación. 49. El operario que tenga una herida puede ser trasladado a otra área de menor riesgo para el producto. 50. No se permite barba, bigote ni pelo largo. 51. El operario debe trabajar con gorro y ropa blanca. 20
    • 52. Los operarios no deben tocarse o rascarse la nariz, boca, etc. ni tener las manos sucias. 53. No usar accesorios. 54. No fumar, comer ni beber dentro de la planta. Video 1: HIGIENE DEL PERSONAL Las normas que debe cumplir un ingeniero en alimentos ates, durante y después de ingresar al área en donde se procesa un alimento han sido detalladas en las normas de la FDA antes citadas. Además de estas debe cumplir con las normas de higiene personal ya que al momento de trabajar con productos alimenticio están bajo nuestra responsabilidad muchas vidas. Video 2: EN LA LÍNEA La sanidad es responsabilidad de todos los que laboren en una fábrica de productos alimenticios, ya que si no se cumplen las normas sanitarias podría causar grandes perjuicios tanto económicos como en la salud de las personas que consumen el alimento, que sanidad es fundamental para poder controlar los microorganismos (bacterias , hongos, microbios) que causan daño a salud, no debemos olvidar que mientras mayor es el numero de microorganismos, mas grande es la probabilidad de contaminación y por lo tanto de riesgo, y será más difícil de controlar. El mejor tratamiento es la prevención y control de organismos infectantes, es recomendable la limpieza antes, durante y después de la producción, y evitar a todo costo que ingresen objetos extraños en la línea de proceso ya que pueden causar grandes pérdidas a la industria. Es necesario que seamos responsables al realizar nuestro trabajo, tener ética profesional ya que nuestras acciones dentro de la fábrica puede costar la vida de muchas personas. Jueves, 23 de octubre del 2008 Clase Nº 4 Tema: PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS Conservar un alimento consiste en extender la vida útil del mismo, reduciendo su velocidad de deterioro. Existen varios procesos de deteiroro de un alimento, los culaes pueden ser clasificados de la siguiente manera: Físicos Procesos de descomposición Químicos / Bioquímicos 21
    • Por microorganismos Procesos Físicos.- Se produce cuando el alimento pierde agua y con ella sus características organolépticas y su calidad. Por ejemplo: la deshidratación, la evaporación, etc. Procesos Químicos/Bioquímicos.- Se dan por la acción de enzimas o factores como el oxígeno del ambiente. Las enzimas son catalizadores de reacciones que hacen que el alimento sufra procesos de deterioro1 con mayor velocidad, pueden ser inactivadas con tratamientos térmicos. Un proceso de descomposición químico es la oxidación, que consiste en el ranciamiento de las grasas. Procesos por Acción de los Microorganismos (M.O.).- Los microorganismos actúan sobre los sustratos descomponiéndolos. El resultado del metabolismo de éstos es el desprendimiento de gases o sustancias que causan olores, sabores y colores desagradables, destruyen la textura del alimento; esto se debe a que utilizan el alimento como fuente de energía. Para contrarrestar los procesos de deterioro de los alimentos, se utilizan métodos o técnicas de conservación de los mismos que se basan principalmente en la eliminación del agua. Los alimentos frescos contienen un gran porcentaje de agua libre en estado líquido, ésta constituye una fuente de deterioro para el alimento, ya que así es capaz de disolver muchas sustancias, además promueve el desarrollo de reacciones y microorganismos. Por lo tanto, para la conservación de los alimentos se debe controlar la cantidad de agua del mismo ya que ésta desarrolla un papel fundamental en su deterioro. Para lograrlo podemos eliminarla o estabilizarla, es decir hacer que no participe en los procesos de deterioro. 1 Conjunto de reacciones de catálisis. 22
    • Actualmente se cuenta con un gran número de métodos de conservación de alimentos, en los cuales se elimina o minimiza las alteraciones que sufren los alimentos. Los que tradicionalmente se emplean se pueden clasificar de acuerdo a su naturaleza son: Métodos físicos:  Altas temperaturas (por calor): Pasteurización, Esterilización  Bajas temperaturas: Refrigeración, Congelación  Control de Aw (actividad de agua): Adición de solutos, Deshidratación (Liofilización)  Radiaciones ionizantes Métodos químicos:  Acidificación  Adición de persevantes  Ahumado  Encurtido  Escabechado Métodos biológicos:  Fermentación acida  Fermentación alcohólica  Fermentación láctica, etc. Tratamientos de conservación a bajas temperaturas Las bajas temperaturas conservan los alimentos lo más parecido al natural retardando o evitando el crecimiento de los microorganismos alterantes, y, en el caso de los alimentos frescos inhibiendo la acción de las enzimas autolíticas naturales. Se debe tener en cuenta temperatura, humedad relativa y circulación de aire requeridas para cada alimento. También es importante el mantenimiento de la cadena de frío en los productos bio- acuáticos, pues la reducción de la temperatura busca restringir la velocidad de deterioro. La refrigeración es el único método que logra mantener el alimento lo más parecido al natural. Consiste en someter a los alimentos a bajas temperaturas (superiores a 0ºC) sin llegar a las de congelación de los mismos, manteniendo la uniformidad (no cambios bruscos) durante el período de conservación con temperaturas apropiadas de refrigeración de acuerdo al tipo de alimento. La congelación consiste en someter a los alimentos a temperaturas menores a las de sus puntos de congelación (aproximadamente -6ºC el 80% del agua presente en el alimento está congelada) y durante el almacenamiento congelado manteniendo temperatura uniforma (-18ºC). Dependiendo de la temperatura, naturaleza del sustrato y tipo de organismo, los M.O. supervivientes pueden sufrir una reducción lenta en el caso de los psicrófilos, a la disminución inicial le sigue un periodo de latencia y desarrollo. Los pH extremos aumentan la susceptibilidad de los M.O. al frío, mientras que la presencia de azúcares, glicerina y coloides los protegen. Las esporas bacterianas no son afectadas por el enfriamiento o almacenamiento congelado. Existen dos métodos de congelación: rápida y lenta. La congelación rápida consiste en la disminución de la temperatura en un tiempo menor a cuatro horas. Es 23
    • diferente al almacenamiento congelado en el cual se mantiene una temperatura de -18ºC o menor. Para la descongelación se debe atemperar en forma conveniente el producto congelado hasta que la temperatura de éste sea en todos sus puntos superior a la de congelación del mismo. No debemos someter a los alimentos a procesos sucesivos de descongelación y congelación. Métodos de control de actividad de agua (Aw) Como procedimientos limitantes de la humedad se la deshidratación o secado y la adición de solutos (azúcares o sal). Ambos métodos tienen por objeto reducir el agua disponible hasta un nivel que impida el desarrollo de los M.O. La deshidratación o secado elimina por evaporación casi toda el agua contenida en el alimento sólido. Puede realizarse: Por adición de aire caliente Por contacto con superficies calientes Existen secadores mecánicos y secadores solares La Liofilización es un método de secado que consiste en someter a los alimentos a procesos de congelación seguidos de sublimación del hielo formado con el fin de reducir la mayor parte de agua que contienen. La sal tiene un mecanismo de acción conservadora que no actúa únicamente por su efecto osmótico. La cantidad de sal necesaria para inhibir el crecimiento de los M.O. en los alimentos está relacionada con factores como: pH, temperatura, contenido proteico, presencia de sustancias inhibidoras como los ácidos. La conservación en salmuera consiste en someter a los alimentos a la acción de soluciones de sal de concentración y tiempos variables, según la naturaleza del producto. Tratamientos de conservación a altas temperaturas En productos tratados por calor, los efectos inhibidores son sobre las esporas bacterianas. El calentamiento reduce la cantidad de M.O. e inactiva las enzimas presentes. Es necesario que el producto resultante sea estable e inocuo para el consumidor final tras un determinado periodo de almacenamiento en condiciones definidas. La aplicación del tratamiento térmico puede ser a: Temperaturas inferiores a 100ºC Temperaturas de 100ºC Temperaturas superiores a 100ºC Los métodos de conservación basados en la aplicación de calor son:  Esterilización  Pasteurización Esterilización: Proceso que al aplicar temperaturas superiores a 100ºC, destruye todas las formas de vida de microorganismos patógenos y no patógenos. 24
    • Pasteurización: Se somete al alimento a temperaturas inferiores a 100ºC y por tiempos suficientes para destruir las formas vegetativas de los tipos comunes de microorganismos patógenos y una cierta proporción de los no patógenos que los contaminan, para que el producto se pueda transportar, mantener, distribuir, consumir o utilizar en otros procesos en condiciones de aceptabilidad a temperaturas apropiadas y por tiempos razonables según la naturaleza del producto. Otros métodos de conservación El Ahumado consiste en someter a los alimentos a la acción de humos recién formados, procedentes de la combustión incompleta y controlada de maderas de primer uso, mezcladas o no con plantas aromáticas de uso permitido. Prohibido el uso de maderas resinosas (menos abeto) o maderas con procesos que puedan originar toxicidad por desprendimiento. El encurtido consiste en someter los alimentos previamente tratados con salmuera o que hubieren experimentado una fermentación láctica a la acción de vinagre con o sin la adición de NaCl , edulcorantes nutritivos, condimentos, productos aromatizantes, aceites, esenciales, colorantes naturales admitidos, etc. La fase líquida de los encurtidos debe tener un pH menor a 4,3. El escabechado consiste en someter los alimentos crudos o cocidos, enteros o fraccionados a la acción del vinagre con la adición o no de NaCl. La fase líquida de los productos en escabeche debe tener un pH menor a 4,3. Los conservadores químicos más ampliamente utilizados como agentes antimicrobianos son los benzoatos (benzoato sódico), sorbatos (ácido sórbico, sorbato potásico) y los propionatos (propionato de sodio o de calcio). Los ácidos acético o láctico se emplean en la conservación de alimentos ácidos como encurtidos y salsas. La conservación por radiación ionizante o energía ionizante consiste someter los alimentos a la acción de rayos gama o rayos x. Video: ARRIESGANDO DEMASIADO En el video pudimos observar que al no utilizar las buenas prácticas de manufacturas se ponen en riesgo la vida de las personas (consumidor final), ya que los personajes de dicho video, al momento de preparar los alimentos no tomaban las medidas adecuadas, los empleados de la fabrica no respetaban las ordenes; es decir, al entrar a su lugar de labores no se quitaban sus pertenencias, al salir del baño no se lavaba bien las manos, al ingerir algún alimento se lamian los dedos y así manipulaban los alimentos, no utilizaban las rejillas, extornaban y no se desinfectaban la manos en ese video hubieron muchas faltas por las cuales el consumidor final podría enfermar incluso morir. En el mismo video se pudo apreciar algo muy similar en este caso los empleados del restaurant no limpiaban los utensilios de la cocina, con el mismo cuchillo cortaban o manipulaban carnes también lo utilizaban para las verduras de esta manera transmitían bacterias, también utilizaban toallas que no eran desechables para limpiar cualquier parte de la cocina, los alimentos al ser almacenados eran mezclados unos con otros, y eso no debía ser asi ya que uno de los almacenamientos era solo para carnes y el 25
    • otro para verduras y frutas; con estas irregularidades atendían a sus clientes y que al final una señora embarazada los consumió y termino enfermándose con una intoxicación y por tal descuido ella casi pierde a su bebe. POR ESO ES RECOMENDABLE NO OLVIDAR Y SEGUIR LAS buenas prácticas de manufactura 325,000son hospitalizadas 5,000 mueren por descuidos en la industria de alimentos. Jueves, 30 de octubre del 2008 Clase Nº 5 Tema: PRINCIPIOS MATEMÁTICOS, FÍSICOS Y QUÍMICOS Procesos en la industria alimentaria Los procesos alimenticios están sustentados en los conocimientos de las ciencias exactas como lo son la física, matemática y la química. Las herramientas de estas ciencias permiten resolver problemas de la industria alimenticia, por lo tanto es necesario realizar un repaso de todas las herramientas necesarias de estas ciencias. Principios Físicos El peso y la masa El peso es una medida de qué tanta fuerza ejerce la gravedad sobre un objeto. El peso depende de cuánta fuerza gravitatoria esté actuando sobre el cuerpo en ese momento; pesaría menos en la luna que en la tierra, y en el espacio interestelar, pesaría prácticamente nada. La unidad de medida del peso en el SI es el newton (N) y en el sistema inglés es el poundal (lb.pie/s2). Existen además otras unidades del peso como son la dina, libra peso, libra fuerza, entre otras. La masa es la medida de cuánta materia hay en un objeto, es la misma no importa si está en la tierra, en la luna, o flotando en el espacio porque la cantidad de materia de la que está constituido un cuerpo no cambia. La unidad de medida de la masa en el SI es el kilogramo (Kg.) y en el sistema inglés la libra (lb.). Al igual que el peso la masa también tiene varias unidades en las cuales se la puede presentar como el gramo, la libra masa, el slug, entre otros. Principio No. 1: Si permanecemos en la tierra, la gravedad es siempre la misma, luego realmente no importa si se habla de masa o peso. La unidad de medida de la masa: el kilogramo Es la unidad adoptada por la Asociación de Pesas y Medidad. El patrón es un cilindro de platino e iridio, el cual es un kilogramo. 26
    • Un litro de agua equivale aproximadamente a un kilogramo. Entonces: Masa es la cantidad de materia de un cuerpo que se mide en una balanza, y su unidad de medida es el kilogramo (Kg.). Peso es la cuantificación de la fuerza de atracción gravitacional ejercida sobre un cuerpo. p = m. g / Su unidad de medida es el Newton (N). En la tierra, entonces, un kilogramo masa es equivalente a un kilogramo fuerza y este último es igual a 9,8 Newton. Ejercicio de aplicación: Si la masa de una persona es 60 kg en la tierra. ¿Cuál es su peso en la Tierra y cuál será su peso en la Luna? Tierra Luna Peso = Masa x Gravedad Peso en la luna = Peso en la Tierra/6 Peso = (60 kg) x (9.8 m/s2) Peso en la luna = 588 N/6 Peso= 588 N Peso en la luna = 98 N Respuesta: El peso de la persona en la Tierra es de 588 N, mientras que su peso en la Luna es de 98 N. El peso en la luna es 6 veces menos que el peso en la Tierra. La materia 27
    • Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, todos los alimentos tienen masa y por lo tanto materia, ellos son materia orgánica. Alteraciones que sufren los alimentos Físicas.- Se presentan alteraciones en las propiedades físicas tales como su forma, tamaño, volumen, provocadas por operaciones de limpieza, clasificación, molienda, prensado, filtrado, mezclado, entre otros. Químicas.- Son las alteraciones en la estructura molecular del alimento, no ocurren cuando agregamos sustancias químicas al producto (no se deben confundir). Se dan cuando en el interior del alimento se producen reacciones químicas que cambian ciertas características del mismo. Por ejemplo, al hidrogenar el aceite se da un cambio en su estructura molecular pasa a ser de una cadena simple a una cadena insaturada y se convierte el aceite en grasa. Reacción de Millard.- Reacción de pardeamiento que se da en presencia de grupos proteicos y carbohidratos más calor. 28
    • Bioquímicas.- Son cambios químicos que ocurren en la materia, se producen por la acción de microorganismos como por ejemplo la fermentación o la producción de quso por la caseína de la leche. El queso que presenta agujeros es por el CO2 que producen los M.O. Propiedades de la materia Sistemas El sistema es una porción del universo que nos interesa estudiar. El entorno es la parte del universo que está siendo afectada. Tipos de sistemas Sistema abierto.- Permite el intercambio de materia, energía y trabajo, a través de su frontera. Sistema cerrado.- No permite intercambio de materia, pero si de energía y trabajo. 29
    • Sistema aislado.- No permite el intercambio de nada. Sistema adiabático.- Solo permite el intercambio de materia y trabajo pero no de calor. Principio No. 2: Cambios de estado del agua. Principio No. 3: Leyes de la Termodinámica: - Primera - Segunda - Tercera - Ley Cero Primera ley de la termodinámica LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA La energía interna de un sistema se puede modificar de varias maneras equivalentes, realizando un trabajo o transfiriendo energía en forma de calor. Segunda ley de la termodinámica Trata acerca del desorden de las moléculas por el trabajo que realizan. Trata de la entropía (desorden molecular). 30
    • Tercera ley de la termodinámica “No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesos”. El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partículas. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamente a la temperatura de - 273,16ºC. "La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero". Ley cero de la termodinámica (de equilibrio). "Si dos objetos A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre sí". Cambio físico Magnitud o dimensión SI Inglés longitud longitud m pie Masa masa Kg. lb. Tiempo tiempo s S temperatura temperatura °K, °C °R, °F Cantidad de mol mol sustancia área Longitud cuadrada volumen Longitud al cubo Velocidad Longitud / tiempo m/s pie / s Concentración Masa / volumen Kg / lb / / densidad aceleración Longitud / m/ Pie / fuerza Masa * longitud / Kg * m / (N) lb * pie / (poundal) Presión Masa/ longitud * N/ (pascal) Poundal / Trabajo/ Masa * longitu / N*m (joule) Poundal * pie energía potencia Masa * longitu / J /s (watts) Poundal * pie/s longitu / temperatura * J /kg *°K Poundal * pie /lb *°K Calor especifico Viscosidad Masa/longitud * tiempo Kg / m * s – lb /pie *s dinámica Pa*s Viscosidad longitu / tiempo /s /s cinética Caudal o flujo Volumen /tiempo /s /s volumétrico Caudal másico Masa /tiempo Kg /s /s poise gr/cm * s Pa *s Cantidad Masa/ tiempo Kg/s; /s lb /s procesada 31
    • Martes, 4 de noviembre del 2008 Clase Nº 6 Tema: Principios químicos Soluciones Disoluciones = Disolvente + Soluto Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia que se encuentra en mayor cantidad recibe el nombre de disolvente o solvente, y la de menor cantidad se llama soluto y es la sustancia que se disuelve. Tanto el soluto como el disolvente pueden presentarse en los diferentes estados de la materia (sólido, líquido o gas). Masa de la solución = Masa del soluto + Masa de solvente En una solución el volumen puede variar, porque se puede dilatar con la temperatura, mientras que la masa nunca cambia, debido a que es la cantidad constitutiva de un cuerpo, es el número de átomos. Concentración de las soluciones La concentración es una medida de la cantidad de una sustancia contenida en un volumen unidad. Existen muchas formas de expresar la concentración de las soluciones. % p/p N Físicas % v/v QuímicasM % p/v m ppm masa soluto ; masa soluto masa solvente masa o volumen solución Problema: Un recipiente maneja 1.704 lb. de HNO3 por cada libra de agua y tiene un peso específico relativo de 1.382 a 20ºC. Calcule la composición en: a) %p/p de HNO3 3 b) lb. de HNO3 por cada pie de solución. Datos: [ ]= 1.704 lb. HNO3 /lb. H2O = 1.382 M solución= 2.704lb M soluto= 1.704lb M solvente = 1lb Planteamiento y resolución: a) 32
    • % p/p = x 100 % p/p = x 100 % p/p = 63% b) d de solución = dr x dH2O de solución = 1.382 x 1 g/cc de solución = 1.382 g/cc V solución = V solución = V solución = 888.2 9/cc 3 888.29cc x x = 0.031 ft 3 V solución = 0.031 ft 3 3 lb. HNO3 / ft solución = = 56.8 lb. HNO3 / ft solución Respuestas: a) El % p/p de soluto es 63% b) Hay 56.8 lb. de HNO3 por cada pie cúbico de solución Unidad mol 23 1 mol = 60.23 x 10 moléculas = gramos mol = gmol 3 1 Kilogramomol (kgmol) = 10 gmol 1 libramol (lbmol) = 454 gmol 1 mol H2O = 18 gmol H2O 1 Kgmol H2O = 18 Kg. H2O 1lbmol H2O = 18 lb. H2O Peso molecular.- Suma de las masas atómicas de cada uno de los elementos que compone el compuesto. PM HNO3 = 1 + 14 + 16(3) = 63 g/gmol 33
    • PM= Problema Ejercicio 1) En un recipiente de 5 lt. de solución de H2SO4 1 molar. Calcule: a) gmol de H2SO4 b) lbmol de H2SO4 c) Kgmol de H2SO4 Datos: V solución = 5 lt. [ ] = 1M PM H2SO4 = 98g/mol Planteamiento y resolución: a) n = gmol M = n = M x lt solución n = 1 mol/lt x 5lt n = 5gmol H2SO4 b) 5gmol x = 0.011 lbmol H2SO4 c) -3 5 gmol x = 5 x 10 Kgmol H2SO4 Respuestas: a) Hay 5gmol H2SO4 b) Hay 0.011 lbmol H2SO4 -3 c) Hay 5 x 10 Kgmol H2SO4 Ejercicio 2) Un vaso de precipitación contiene 60g de NaOH (hidróxido de sodio). Calcule: a) gmol de NaOH b) lbmol de NaOH Datos: m solución= 60g Planteamiento y resolución: PM = 1 + 6 + 1 + 23 = 40g/gmol 34
    • a) 40 g NaOH 1 gmol 60 g Na OH X X = 60 g NaOH x 1 gmol / 40 g NaOH X = 1.5 gmol NaOH b) -3 1.5 gmol NaOH x 1 lbmol NaOH/454 gmol NaOH = 3.3 x 10 lbmol NaOH Respuestas: a) Hay 1.5 gmol NaOH -3 b) Hay 3.3 x 10 lbmol NaOH Taller Nº 1 1. Un número a dimensional es el número de Reynolds: # Re = D.V.#/µ Calcule dicho número para los siguientes casos: Símbolo A B D 2pulg 20ft V 10ft/s 10ml/h 1 62.4 lb/ 1 lb/ µ 0.3 /ft.h 0.14* /ft.s a) 1 ft 12pulg X 2pulg = 0.17ft 0.3lbm 1h = 8.33*10-6 ft /s ft. h 3600s # Re = (0.17ft)(10ft/s) (62.4 lb/ft3) = 12780072.29 8.33*10-6 lbm/ ft. s b) 10cc 1 h 1m3 35.3147ft3 = 9.80964*10-4 ft3 /s h 3600s 100cc 1m3 # Re = (20ft)( 9.80964*10-4 ft3/s) (1 lb/ft3) = 1401.377 0.14*10-4 lbm/ ft. s 35
    • 2. Un medidor de orificio se usa para medir el régimen de flujo de tubos. El régimen de flujo se relaciona con la caída de presión mediante la ecuación de la forma: V = C(Vp/ρ V= velocidad del fluido Vp= caída de presión p= densidad del fluido C= constante a dimensional ¿Cuáles son las dimensiones de C? V = C(Vp/ρ V =m/s Vp = Kg/m. p = Kg/ ↔ ↔ C es a dimensional. Factores de conversión Longitud 1pulg = 2.54 cm 1m= 39.37pulga 1m = 3.281 pies 1pie= 0.3048m 12pulg= 1pie Masa 3pies= 1yd 100K = 1t (tonelada métrica) 1yd=0.9144m 1km=0.621mi 1mi=1.609Km 1slug=14.59Kg 1mi=5280pies 1Kg =2.205lb 1Å= m 1lb= 454g Temperatura Área °R =°F+460 1 = = 10.76 K =°C+273 1 =0.0929 =144 °C=°F-32 1 6.452 Fuerza Volumen 1 = =6.102* 1 1 dina= N = 2.248* lb Velocidad 1km/h= 0.9113pie/s 36
    • 1mi/h =1.47pies/s = 0.047m/s 1Pa = N/ = 1.45* =1.61Km/h 1m/s =100cm/s =3.281pies/s 1mi/min =60mi/h =88pie/s Tiempo 1año= 365 dias=3.16* s Aceleración 1m/ = 3.28pies/ 1dia= 24h = 1.44* min = 1pie/ =0.3048m/ =30.48cm/ 8.64* s Energía 1J = 0.738pie.lb = erg Presión 1bar= 1pie. = 1.3569J 1 =9.81 J 1 cal =4.186 J 1atm= 1Kcal =4185J 760mmHg=76.0cmHg=1.033 1btu=252 cal =1.054* J= 0.252 Kcal= 7.78 .pie 1atm=14.7lb/ =1.013 1eV = 1.6* J Potencia 1hp= 55.pie/lb= 0.746kW= 746W= 76.04 .m/s 1W = 1J7s= 0.738 pie.lb/s 1Btu/h= 0.293 W 1Cv = 736W = 75 .m/s = 0.736 kW Problemas del libro de Valiente Capítulo 2: Variables y Magnitudes físicas Problemas resueltos Problema 2.4 Una solución de sacarosa tiene una densidad de 20 grados Brix. a) ¿Qué porcentaje en peso de sacarosa contiene? b) ¿Cuál será su densidad relativa? c) ¿Cuál será su densidad en gramos por centímetros cúbicos? 1. Traducción Q = 20°Brix Qr = ? 2. Planteamiento - Discusión: Los grados Brix son iguales al porcentaje en peso de sacarosa. Para saber la densidad relativa son necesarios los datos del apéndice III. - Densidad: Q = QH2O QR 3. Cálculos - Densidad relativa: Del apéndice 20°Brix = 1.08287 Q R 37
    • Q = 1.08287 x 1 g/cm 3 = 1.08287 g/cm3 4. Resultado: La densidad es 1.08287 g/cm3 Problema 2.5 Una disolución líquida contiene 1.15% en peso de una proteína 0.27% de KCI y el resto de agua. El peso molecular promedio de la proteína es de 525000 g/mol. Calcule la fracción mol de cada componente de la disolución. 1. Traducción (figura 2.3) X= 0.015 = 0.0027 KC l Figura2.3 2. Planteamiento - Discusión: El problema se resuelve al emplear los conceptos de concentración descritos en el capítulo. - Fracción mol ____XH2O_____ PMH2O X = _________________________________________ XH2O + ___xp__ + __xKCl__ PM PM PM 3. Cálculos Fracción mol: Base 1 Kg. de disolución Masa de proteína 11.5 g. Masa de KCl 2 .5 g. Masa de H2O 985.8 g Moles de proteínas Moles de KCl 11.5/525000 = 2.19 (10-5) Moles de H2O 2.7/74.557 = 3.62 (10-2) 985.8/18 = 54.766666 ______________54.766666__________54.766666 X H,O = 54.76666 + 2.19 (10" 5) + 3.62 (10-2) = 0.999339 - KCI = ___ 3.62(10-2)___ X = 0.0006605 54.802887 X P = ___ 2.19 (10-5) = 0.0000003 54.802887 4. Resultado La fracción mol de agua es de 0.999339 la de KCI de 6.6 (10-4) y la de la | ; 7 proteína de 3(10- ). 38
    • Problema 2.6 Para determinar la concentración de ácido acético en un vinagre, se obtienen 150 cm3 del mismo, se añaden unas gotas de indicador de fenolftaleína y se titula esta solución con sosa cáustica 1 N. El cambio de color se produce después de usar 75 cm3 de la solución cáustica. ¿Cuál es la concentración del ácido acético en el vinagre? 1. Traducción (Figura 2.4) 75 cm 3 deNaOH 1N 3 150 cm de vinagre Figura 2.4 2. Planteamiento - Discusión: La titulación es una reacción de neutralización. El indicador se usa para observar visualmente el momento en que ésta se completa. - Reacción NaOH + CH3COOH = CH3COONa + H2O - Gramos de ácido acético en el vinagre gmol de ácido acético = gramos mol de sosa. g ácido acético = gmol de ácido acético x PM ácido., 3. Cálculos - Gramos mol de sosa utilizada gmol sosa = 1 (gmol/l) (0.75 l) = 0.075 gmol - Gramos de ácido acético gmol ácido acético = 0.075 gmol 0.075 (1000) Normalidad = ———-————= 0.5 N 150 0.075 (60) Concentración de acido acético = -————-—— = 30 g/l 0.150 4. Resultado: La concentración del acido acético es de 30 g/l o de 0.5 N Problemas propuestos Problema 2.19 Al analizar una solución salina, se observa que contiene 23.5g de Na Cl por cada 3 1000cm de solución, la cual tiene una densidad de 1.16. ∗ Cual es el porcentaje en peso de NaCl en la solución? 39
    • P/P= x 100 P/P= x 100 = 2.0225% Respuesta: El porcentaje de peso del NaCl en la solución es 2.0225% ∗ Cuántos kg de sal se disuelven para dar 500l de solución? 0.0235kg de sal ---- 500l X ------- 1lt X= 11.75 Kg. (masa de NaCl necesaria para formar 500l de solución) Respuesta: 11.75 Kg. de NaCl son necesarios para los 500l de solución ∗ Que cantidad de agua se necesita? = m/v M= xv M=1.16lt x 500lt = 580lt 580lt – 1.16lt = 578.84kg Respuesta: Son necesarias 578.84 kg de agua Problema 2.20 3 La densidad de una solución albúmina al 2% en peso en agua, es de 1.028 g/cm a 25º C. El peso molecular de la albúmina es de 67000 g/gmol. Calcule: a) La densidad relativa de la disolución con respecto al agua a 4ºC. • R= δ sustancia/δ H2O • R= • R = 1.028 Respuesta: La densidad relativa de la disolución es 1.028 b) La densidad en kg/m3 y en lb/galón. 3 x x = 1028 kg/m x x x = 8.57lbsx galón Respuesta: 40
    • 3 3 La densidad en kg/m es 1028 kg/m La densidad en lb/galón es 8.57 lb/galón c) La molaridad Molaridad = = = 3.068(10-4) M Respuesta: La molaridad es 3.068 x 10-4 M Martes, 11 de noviembre del 2008 Clase Nº 7 Tema: OPERACIONES BÁSICAS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA El procesamiento de alimentos se realiza en tres tipos de escalas: escala laboratorio, escala piloto y escala industrial. Operaciones preliminares Son aquellas que acondicionan el alimento o materia prima para procesos posteriores. húmeda Limpieza seca Pesado 1. Operaciones preliminares Manejo de materiales Selección y clasificación Escaldado Limpieza .- La limpieza se realiza para eliminar contaminantes: biológicos, químicos, minerales, animales, vegetales. Puede ser: húmedo, lavado método que emplea agua o seco, no involucra agua. 41
    • Pesado .- Se realiza el pesado de la materia prima al momento de llegar a la planta, por dos razones, para el pago al provedor y para obtener el rendimiento de la materia prima. Manejo de materias prmas Selección y clasificación.- Se realiza para separar o eliminar lo que se considere desperdicio, en base a caracteristicas fisicas o de calidad. Solo la m.p. óptima pasa a linea de produccion. Es una operación necesaria para la adecuacion del proceso y para obtener un producto uniforme y atractivo. Comunmente se selecciona por peso, tamaño y forma. La clasificación se la suele realizar por stándares de calidad com categoría de madurez, etc. Escalado .- Sólo en vegetales pero no en se realiza en todos los casos. Sirve para inactivar enzimas y conservar características organolépticas deseables en el producto final. Operaciones de conversión El objetivo de las operaciones de conversión es transformar la materia prima. Reducción de tamaño manual Tamizado químico 2. Operaciones preliminares Filtración mecánico Cristalización térmico Pelado o mondado Reducción de tamaño.- Molienda, para sólidos secos. Troceado Desmenuzado Fileteado Tamizado .- Operación para separar partículas de diferentes tamaños. Obtener zumos de frutas. Limpieza. Mezcla .- Incorporación de ingredientes diferentes. Homogenizo una sustancia. Filtración .- Operación de separación de partículas sólidas suspendidas en el seno de un líquido al hacerlos pasar a través de un medio poroso por el cual el líquido puede penetrar fácilmente. 42
    • Centrifugación .- Separar sustancias con diferente densidad por medio de fuerza centrífuga. Lixiviación .- Separación de una fase líquida dispersa en un sólido. Cristalización .- Solución sobresaturada, presión y temperatura. Pelado .- O mondado, se emplea para la eliminación de la piel o cáscara. Acondiciona el alimento para otros procesos. Puede ser: manual, químico, mecánico o térmico. Operaciones de conservación Su objetivo es prolongar el tiempo de vida útil de los alimentos. Esterilización/Pasteurización Refrigeración/Congelación 3. Operaciones de conservación Irradiación Evaporación Secado o deshidratación Tratamientos térmicos Altas temperaturas: Escaldado Pasteurización Esterilización Bajas temperaturas: Refrigeración Congelación Irradiación.- Conservación de alimentos por uso de radiaciones ionizantes. Rayos gamma. Evaporación.- Eliminación del contenido de agua presente en un alimento líquido o solución diluida. Se obtienen productos más concentrados. 43
    • Deshidratación.- Disminución del contenido de agua (humedad), contenida en un alimento sólido. Por ej.: frutas deshidratadas (pasas), polvos. Técnicas auxiliares Seguridad en el proceso, son el soporte de toda la producción. Suministro y tratamiento de agua para el proceso 4. Técnicas Auxiliares Tratamiento de aguas residuales Higiene y sanitización de las líneas de procesos Higiene de las instalaciones Suministro y tratamiento de agua Transporte y almacenamiento CPI – Clean In Place Martes, 18 de noviembre del 2008 Clase Nº 8 Tema: PROCESOS INDUSTRIALES Proceso: Serie de pasos secuenciales, ordenados, sistematizados y relacionados entre sí para obtener un fin determinado. La descripción de los procesos sirve par implementar sistemas de calidad, sistemas preventivos, de seguridad, análisis de los costos tanto de materia prima como de producto elaborado, para ampliar la producción, el desarrollo de nuevos productos, involucran la optimización de los procesos, ahorrar energía, etc. Para lograrlo se requiere de personal, maquinarias en buen estado, planificación del proceso. Los procesos industriales son complicados, intricados porque todos están en diferentes áreas. Es necesaria conocer los procesos para poder describirlos, éstos pueden constar de una etapa o varias. Por ejemplo el pelado y el secado constan de varias etapas. Clasificación de acuerdo al tiempo: • Continuos: Son aquellos que nunca se detienen, la producción no se detiene, la materia prima entra y sale. La mayoría de los procesos industriales son continuos, por ejemplo: la producción de cerveza. • Discontinuos: Son aquellos que siguen un ciclo, paradas donde se carga determinada materia, se espera su transformación, se descarga y se limpia el equipo. CARGA TRANSFORMACIÓN 44
    • LIMPIEZA DESCARGA Recuerda • Los alimentos enlatados deben tener un pH > 4.5 • En los productos enlatados, para evitar el desarrollo de microorganismos como el Clostridium Botulinum y produce una toxina botulínica, y es por eso que se lo debe esterilizar. Jueves, 20 de noviembre del 2008 Clase Nº 9 Tema: PROCESOS INDUSTRIALES Descripción de un proceso Alimenticio Diagrama de bloques Diagrama de flujo Diagrama de equipo Método descriptivo: Describimos paso a paso el procedimiento. Diagrama de equipos: Se dibujan los equipos mayores de un proceso. A nivel industrial se necesitan mantener los estándares de calidad por lo tanto se colocan parámetros de control (temperatura, tiempo, presión, etc.). Secador Evaporador Deshidratación Concentración Fruta Zumo 10% s.s 35ºC Deshidratación W Evaporador concentrado Pesado Envasado 45
    • Diagrama de Bloques: Esquemas mediante el cual se describen las etapas del proceso con la ayuda de rectángulos. 1. Zumo 3.Vapor condensado 2. Vapor que viene Concentrado del caldero Video Nº 1: Proceso de elaboración del Tampico Purificación H2O Mezcla Azúcar y Concentrados Naturales Pasteurización Almacenamiento Envasado Empacado Distribución 46
    • Video Nº 2: Proceso de elaboración del yogurt Leche Recepción Productos en polvo Mezcla Calentamiento Pasteurización Homogeneización Enfriamiento Cultivo LGG Fermentación 4½ h Batir Enfriamiento Envasado Distribución Video Nº 2: Proceso de elaboración de leche UHT Recepción Vitaminas e hierro Mezclado 47
    • Homogeneización Esterilización UHT Aire purificado Envasado Codificación Empaquetado Distribución Los diagramas de flujo emplean una simbología especial que indica de alguna manera la forma que tienen los equipos reales. Algunas se muestran en la figura 1.14 y 1.15. 48
    • Martes, 2 de diciembre del 2008 Clase Nº 10 Tema: PROCESOS INDUSTRIALES Ejercicios de aplicación Actividad Nº 1: Reconocimiento de simbología de equipos Hoja 2: - Filtro prensa - Tambor de separación - Tanque agitado - Bomba - Tanque enchaquetado - Molino de engranes - Extractor Actividad Nº 2: Realizar un diagrama de bloques del procedimiento descrito, luego: a) Indicar las operaciones básicas del proceso. b) Identificar los cambios que sufre el alimento en cada etapa. Proceso de producción de la cerveza cebada Recepción cervecera Limpieza Almacenamiento en silos 49
    • Humectación T = 22ºC a 25ºC Reposo T= 5 días Secado Malta Almacenamiento t = 3 semanas Molienda Maceración T=57 a 60ºC Cocción Filtración Cocción del mosto T=2h Sedimentación levadura T=10ºC Enfriamiento T=2ºC Fermentación t=7 días T=9 a 12ºC Enfriamiento T=0ºC Maduración t=14 días Filtración Envasado Pasteurización t=15 min. T=60ºC 50 Almacenamiento Distribución
    • Etiquetado Embalaje Almacenamiento Distribución a) Operaciones básicas del proceso - Preliminares: Recepción y limpieza - De conversión Humectación, secado, molienda, filtración, coccion y sedimentación. - De conservación Fermentación, maduración y pasteurización. b) Cambios en cada etapa - Físicos Limpieza, secado, molienda, filtración, sedimentación y maceración. - Químicos Cocción. - Bioquímicos Fermentación y maduración. Jueves, 4 de diciembre del 2008 Clase Nº 11 Tema: PROCESOS INDUSTRIALES Ejercicios de Valiente Cap. 1 Problemas resueltos Problema 1.1 El proceso para pasteurizar leche se representa en la figura 1.8; indique qué sucede. 1. Traducción 51
    • 2. Discusión En el proceso se tiene un cambiador de calor de placas calentado por vapor. El vapor cede su calor latente y se condensa. Se utiliza una trampa de vapor para lograr que sólo salga vapor condensado (agua líquida). El sistema tiene un medidor y controlador de temperatura que envía una señal a la válvula de vapor, para que ésta se abra o cierre y deje pasar más o menos vapor, según sea necesario. Problema 1.2 El proceso para producir chocolate con leche se presenta por medio del diagrama de bloque mostrado en la figura 1.9. Explíquelo. 1. Respuesta: Para preparar el chocolate con leche se parte de las semillas de cacao, que se limpian y luego se tuestan entre 100 y 140°C durante 45 a 90 minutos para darles sabor y olor. Después se separa la pulpa de la cáscara que contiene de 50 chocolate líquido se expone a presiones de 5000 a 6000 psig y se elimina parte de la grasa, se obtiene una torta de cacao, que al molerla produce el polvo de cacao. La grasa recibe el nombre de manteca de cacao. Para producir chocolate con leche se utiliza leche en polvo, azúcar con chocolate líquido, manteca de cacao y polvo de cacao. Estos materiales se muelen finamente hasta formar una pasta, la cual se calienta a 55°C para liberar el sabor y el olor del cacao. En seguida se agregan emulsificantes como lecitina para ajustar la viscosidad final. Después se enfría y se moldea. Problema 1.3 Producción de un concentrado con vitamina B12. Para producir vitamina B12,que se utiliza como suplemento alimenticio, se emplea un método bioquímico. El Microorganismo usado es Streptomyces olivaceus. Con este organismo se inocula un fermentador primario de 1500 (que contiene el medio nutriente formado por dextrosa, CaCO3, CoCl2 6H2O y 52
    • productos resultantes de la destilación de vinos (vinazas). Al fermentador se le añade aire. En el fermentador se elabora el inoculo para la producción en los fermentadores secundarios que son tanques de 20,000 (. En el proceso, la temperatura se mantiene a 28°C por medio de vapor o enfriamiento con agua. Al fermentador se mete aire estéril y se agita. Al consumirse los nutrientes y subir el pH a 8 se descargan los fermentadores. Entonces el contenido de B12 es de 1 a 2 microgramos por mi de caldo. Este se manda al tanque de almacenamiento y se estabiliza la vitamina B12 al reducir el pH a 5 con H2SO4 y una pequeña cantidad de sulfito de sodio. El contenido de sólidos pasa de 3 a 15 ó 20% en un evaporador, el jarabe pasa luego a secadores de tambor doble que dan un producto sólido con 5% de humedad; el material seco se muele y envasa. Por este método el contenido final de vitamina B12 es de 20 a 60 mg por kilogramo. El producto final contiene también factores nutrientes deseables como proteínas, niacina, tiamina y riboflavina. Problema 1.4 Indique que ocurre en el proceso mostrado en la figura. 53
    • 1. Respuesta: Una vez que se ha cortado la leche se forman dos fases: la sólida, formad por caseína y la mantequilla atrapada y la líquida o suero que contiene lácteos y albúmina. Al tratarse con hidróxido de calcio el suero produce un precipitado de ni albúmina y la lactosa queda en solución. Se filtra," y el líquido circula a una serie de evaporadores en donde la lactosa se concentra poco a poco. El líquido con centrado pasa a un cristalizador, en donde se obtienen los cristales de lactosa que después entran en una centrífuga para separar los cristales de las aguas madres que se envían de nuevo al evaporador. Los cristales que se obtienen son amarillentos e impuros, por ello se disuelven y se tratan con carbón activado. La masa se filtra y el líquido se concentra, cristaliza y centrifuga de nuevo. Los cristales húmedos que salen de la centrífuga pasan por un secador en donde por contacto con aire caliente se secan y quedan listos para su envase y venta. Problema 1.5 ¿Qué sucede con los materiales que se procesan en el siguiente diagrama? 54
    • 1. Respuesta: En el proceso anterior un material sólido con alto contenido de líquido se mete a un molino, los sólidos gruesos se separan y el líquido que sale pasa a un filtro para eliminar los sólidos en suspensión y obtener un filtrado claro. Problema 1.6 El diagrama de la figura 1.13 muestra un secador rotatorio. Indique qué significa G4, 5t y T3: 1. Respuesta: La corriente 51 es la corriente sólida que entra al secador; la corriente G4 indica el gasto de gases fríos salientes del secador y T33 es la temperatura de los gases calientes que entran al secador. Problema 1.7 Indique que sucede en el diagrama mostrado en la figura 1.14 55
    • 1. Respuesta: El diagrama muestra una columna de destilación de platos. Por la corriente 1 se introduce la alimentación a la misma, el caudal de esta corriente se controla con un medidor de flujo. La corriente 3 muestra los destilados y la 4 los productos del fondo, ambos caudales se controlan mediante medidores de nivel conectados a válvulas controladoras de flujo. En la parte superior de la columna hay un condensador total operado con agua. El líquido condensado pasa a un acumulador de reflujos, donde un controlador de presión fija la presión interna a través de una válvula de venteo. El nivel del líquido en el acumulador se fija por medio de un controlador de nivel, que se conecta a una válvula que permite la salida de destilados. Parte del líquido destilado se envía a la columna de destilación como reflujo. La columna cuenta además con un rehervidor, en donde se vaporiza Darte del líquido que llega a él y el resto sale como productos del fondo. Problema 1.8 En 1978, México formuló un anteproyecto para producir CARRAGENI-NA. La técnica empleada en el proceso consiste en una primera etapa de l av ado, mediante la cual se elimina la arena y las basuras del alga» Después que sr recolectan se secan en la playa. Al mismo tiempo, se elimina el exceso de sal y se reduce la corrosión en los equipos debida a los cloruros. En esta fase del proceso se emplean 2060 kg/h de agua para lavar 5J5 kg/h de algas que contienen 20% de humedad. Para eliminar el exceso de sal se emplean 2.06 Kg. de sosa cáustica al 40%. Del lavador salen 858 Kg. de algas y 1717 Kg. de agua, además de otras sustancias. Dibuje un diagrama del proceso utilizando a) un diagrama de bloques y b) un diagrama de equipos. Coloque los gastos y concentraciones sobre las corrientes entrantes. 1. Resolución: 56
    • Problema 1.9 En un proceso de manufactura de jugos de fruta (naranja), se necesita un evaporador, que recibe una alimentación de 4500 kg/día de zumo con una concentración del 21%. El zumo se concentra hasta el 60%. La alimentación entra a 20ºC. Dibuje un diagrama de bloque y un diagrama de equipo y coloque los datos sobre las corrientes. 1. Traducción: 57
    • Problema 1.10 Para beneficiar el caso se utiliza un proceso que consta de lavado y de secado. En el primer caso se tiene un secador de charolas. Para secar, el cacao se utiliza aire con una humedad utiliza aire con una humedad de 0.0105 Kg. de H 2O/kg de aire seco y 25ºC. Este aire pasa a un precalentador de donde sale con la misma humedad, pero a 60ºC., luego el aire se mete al secador. El cacao entra en el secador con 40% de humedad. Indique el proceso con un diagrama de equipo. 1. Traducción: 58
    • Problemas propuestos Problema 1.11 En una planta productora de leche para lactante se produce esa leche al mezclar grasas, proteínas, lactosa, sales y la cantidad de agua necesaria. La leche final deberá obtener una composición aproximada de 3.5% grasas, 3% de proteínas, 4.6% de lactosa, 0.8 de sales y el resto de agua. Indique el proceso mediante un diagrama de equipo y coloque los datos que se piden. Traducción: Problema 1.12 En un proceso de fermentación se tiene el aparato mostrado en la figura 1.20. Señale las variables fundamentales que se controlan y por qúe. 59
    • 1. Respuesta: Flujo: Controlar la cantidad de ingrediente que ingresa al fermentador. pH: Los alimentos se fermentan a un pH específico y definido. Presión: Se controla la presión que se aplica, puesto que es un tanque cerrado. Temperatura: La temperatura para la fermentación debe ser la adecuada. Problema 1.13 Haga una descripción del proceso mostrado en el siguiente diagrama de bloques. 1. Respuesta: Se parte de la semilla de algodón, las cual es pasan por un molino y luego al cocimiento. Se procede a la extracción de la micela con hexano, pasa al desolventador para obtener la semilla sin aceite. La micela que se obtiene en la extracción pasa al evaporador luego se destila y se enfría para obtener el aceite de algodón. El hexano usado en el proceso pasa a un condensador y luego al decantador para la separación del agua. Problema 1.14 En la siguiente figura se presenta un diagrama simplificado, de la fabricación de azúcar, a partir de la caña de azúcar. Indique que sucede: 60
    • 1. Respuesta: A un molino ingresa la caña de azúcar, al salir es mezclada con una solución de cal y después es calentada haciéndola pasar a través de un intercambiador de calor. La solución caliente pasa por un extractor donde se separan los sedimentos del jugo de caña (guarapo). El jugo de caña pasa a un proceso de evaporación de múltiple efecto, que consiste en tres evaporadores en serie. Al primer evaporador ingresa el jugo extraído de la caña junto con el vapor que proviene del intercambiador de calor, el vapor producido pasa al segundo y de ahí al tercero, saliendo finamente condensado. Mientras tanto el jugo de caña va pasando del primero al segundo y del segundo al tercero cada vez más concentrado. Luego de pasar por el último evaporador pasa al cristalizador y finalmente a una centrífuga donde se separan los cristales de azúcar de la melaza. Problema 1.15 Ciertos procesos aprovechan equipos que trabajan intermitentemente, mientras que otros utilizan equipos que trabajan a régimen continuo; es decir, en estos equipos el material por procesarse entra y sale continuamente. Según usted, ¿Cuáles equipos están diseñados para trabajar intermitentemente y cuáles a régimen continuo? 61
    • 1. Respuesta: Los equipos a, c y f trabajan a régimen intermitente. Los equipos b, d y e trabajan a régimen continuo. Problema 1.16 En la etapa final de un proceso industrial para obtener carotenos a partir de zanahorias, se extrae el pigmento mediante el uso del benceno. El pigmento se concentra y pasa a un secador para separar el benceno residual mediante una corriente de nitrógeno. El pigmento entra al secador a razón de 8000 kgmol/h y contiene 1.25% en mol de benceno. El gas resultante del secador está a 768 mm. de Hg y a 42.2ºC y pasa por un enfriador para condensar la mayor parte del benceno y las fases resultantes se fraccionan en un tambor de separación. Los gases que resultan del tambor se hacen pasar mediante un ventilador a través de un cambiador de calor y luego al secador. El ventilador opera a una presión de succión de 760 m de Hg. Una lectura a la descarga indica una temperatura de 15.4ºC. Con una presión total de 1250 mm. de Hg. El gas circulante alrededor de este circuito es de 9500 m3/h de N2 a condiciones estándar. Haga un diagrama de equipo de este proceso y coloque los datos de cada corriente. Traducción: 1.1 Diagrama El diagrama correspondiente se muestra en la siguiente figura. 62
    • Problema 1.17 Explique lo que sucede en el diagrama de bloques mostrado en la figura 1.25: 1. Respuesta: El proceso comienza con la recepción de la material prima en este caso el maíz, este se lleva a un molino. Al mismo tiempo la cebada es también molida en otro molino. Luego el maíz se cocina y pasa a la cuba de mosto donde se incorpora la cebada molida y agua caliente. Una vez macerada la cebada y el maíz molido es llevada a un filtro, aquí se desechan cereales. A continuación se hace hervir el mosto en la olla agregándosele algunos lúpulos. 63
    • El mosto se vuelve a filtrar y se desecha el lúpulo agotado. Luego se deja reposar para que se sedimente. Después pasa a la fermentación donde se agrega inóculo y se elimina CO2. El producto es llevado a unos tanques de envejecimiento que producen CO2 como desecho. Se filtra nuevamente el mosto y luego pasa a la carbonatación y por último la cerveza es embotellada para poder ser distribuida. Problema 1.18 Señale lo que sucede enl proceso mostrado en la figura 1.26: 1. Respuesta: Este diagrama empieza con la entrada de la bacteria Clostridium genus al fermentador, luego el resultado se dirige al destilador. El maíz entra al de germinado, al molino de bolas, y al cuba de mosto, esterilizador pasa por un intercambiador de calor y de ahí se dirige al fermentador donde esta la bacteria. El vapor entra al destilador y a su vez al esterilizador. El agua entra al intercambiador de calor y se dirige a la cuba de mosto. Del fermentador se desecha CO 2. Vapores condensados provienen del Intercambiador de calor y esterilizador. El producto del primer destilador entra al segundo del cual se obtiene acetona, alcohol etílico y butanol. Problema 1.19 Describa el proceso mostrado en la figura 1.27: 64
    • 1. Respuesta: Se procede a limpiar las semillas de algodón las cuales son ubicadas en el molino de engrane, luego de esto se coloca el agua y las semillas molidas en el tanque enchaquetado, con la ayuda del filtro y el carbón activado, por lo cual se efectúa el cocimiento produciendo vapor, posteriormente es llevado a un extractor, el extracto es empleado como comida para ganado. Pero por otra parte el extracto también es filtrado y llevado al tanque de refinación en donde se adiciona hidróxido de sodio, dando como resultado material para jabones. O del mismo modo luego de la refinación es llevado al tanque agitado con la ayuda del filtro y carbón activado, luego este pasa por una bomba y es filtrado antes de ser colocado en el desodorizante obteniendo como producto aceite desodorizado. Problema 1.20 Haga un dibujo del equipo utilizado en una fermentación a partir de la siguiente descripción: Haga un dibujo de equipo utilizado en la fermentación a partir de la siguiente descripción a efectuar a fermentación se usan dos tanques, en uno se separa el inoculo y en el otro se lleva a cabo la fermentación. Unas horas antes de que el cultivo adure en el tanque de inoculo, se conecta el fermentador por medio de una línea móvil AB. El fermentador se carga con el medio y se esteriliza con el vapor a presión durante 20 minutos a la temperatura de 120ºC. Durante este tiempo de vapor de las válvulas G y J se pasa a través de F al fermentador y las válvulas E, D, H e I. Las dos últimas ramas están equipadas con trampas de vapor para eliminar el condensado. Cuando se enfría el fermentador bajo presión de aire, se encierran las válvulas H, I, G y J y Las válvulas F, E y D se dejan abiertas, de manera que la línea se llene por presión desde el fermentador con el medio estéril. Una vez hecho el cultivo aumenta la presión del tanque de inoculo hasta 1 atmosfera, mientras la presión en el fermentador se reduce a 0.2 atmosferas manométricas. La válvula C abre y el inoculo se transfiere desde el tanque al fermentador. Las válvulas C y F cierran y la línea de inoculación reestabiliza antes de quitarla del sistema Traducción: 1.1 Diagrama 65
    • Corrección del Primer aporte Parte 1 A. De acuerdo a lo estudiado, encierre, complete las cualidades del ingeniero competente. Astuto Saber trabajar en equipos Perseverante Comunicativo Interdisciplinarios Investigador Conocimiento de ciencias exactas Creativo Innovador como cálculo, físicos Objetivo B. Encierre las unidades y subraye las dimensiones: Masa Longitud Trabajo Kilogramo Pascal Libra Vatio Libra fuerza Fuerza Poundal Peso Densidad C. Encierre las propiedades intensivas y subraye las propiedades extensivas de la materia: Presión Color Masa Volumen Temperatura Densidad Longitud Energía D. Indique el tipo de sistema correspondiente a cada uno de los siguientes esquemas 66
    • Sistema Cerrado Sistema Abierto E. Señale la respuesta correcta • ¿Cuál es el símbolo correcto?: a) nm b) oK c) seg d) N/mm • ¿Cuál es el símbolo erróneo? a) MN/m2 b) GHz/s c) kJ/sm3 d) oC /M/s • ¿Cuál es la unidad de fuerza en el sistema internacional y MKS absoluto? a)Kgf b) Kg c) Newton d) Poundal • El Poise: a) g/cm.s b) Igual a 10⁻ ² g/cm.s c) Igual a 10⁻ ³ Pa.s d) Todas • ¿Qué cantidad de sal hay en una solución al 20%? a) 2 g b) 20g c) 200g d) 2 Kg. Parte 2 A. De acuerdo a lo estudiado, mencione tres normas para garantizar las BPM: 1. Colocarse el mandil y gorro cubriendo todo el cabello. 2. Lavarse y desinfectarse las manos y antebrazos. 3. No usar reloj, anillos, pulseras y cadenas. B. Mencione dos productos alimenticios de cada uno de los siguientes grupos: Congelados: Empanadas de verde y Panes de yuca Concentrados: Pasta de Tomate y Sopas Maggi Deshidratados: Leche en polvo y Azúcar impalpable Conservas: Encebollado y Sardinas C. Complete con los métodos de conservación correctos para cada caso: El método de conservación mediante el cual se reduce la temperatura para inhibir el desarrollo de microorganismos es: Refrigeración La Leche UHT ha sufrido un proceso de: Pasteurización 67
    • Para evitar el desarrollo de microorganismos dañinos como el Clostridium botulinum se aplica: Esterilización Para inactivar la enzimas que causan cambios de color en ciertos productos vegetales: Escaldado El agua del alimento se evapora obteniéndose productos con alta concentración de sólidos: Evaporación Parte 3 A. Realice un análisis dimensional y pruebe si esta ecuación es consistente ¿Cuáles son las unidades de C en el SI? V = velocidad del fluido Presión C = constante Desarrollo: Respuesta: C es adimensional B. Convertir: a) 4gmol/h de metano (CH4) a lbmol/s b) 2*10-5 Pa.s a lb.h/pie2 Desarrollo: 68
    • a) Respuesta: 4 gmol/h de metano (CH4) es igual a 1x10-3 lbmol/s b) Respuesta: 2*10-5 Pa.s es igual a 1.16 x 10-10 lb.h/pie2 C. Calcule el número de Reynolds para los siguientes dos casos: CASO 1 CASO 2 D 1ft 2mm V 1m/s 3cm/s ρ 12.5kg/m3 25lb/ft3 µ 2*10 6 cp 1.8*10 3 Pa.s CASO1 Desarrollo: Respuesta: · Re = 1.9 x 103 CASO 2: 69
    • Desarrollo: Respuesta: · Re = 1.337 x 10-5 D. Una solución de albúmina al 25% en peso en agua tiene una densidad de 1.028 g/cm3 a 25ºC. El peso molecular de la albúmina es de 67000g/gmol. Calcule: a) Densidad de la disolución con respecto al agua a 4ºC. b) La fracción molar de la albúmina en esta disolución. c) Densidad en kg/m3 y en lb/galón. d) La molaridad Datos: Soluto = 25 g. Solvente = 75 g. Disolución = 100 g. PM albúmina= 67000 g/gmol ρ = 1.028 g / cc Desarrollo: a) 1.028 g / cc ρr = = 1.028 1g / cc Respuesta: La densidad de la disolución es 1.028. b) n1 = moles de soluto n2 = moles de solvente g .soluto n1 = P.M .soluto g.soluto n2 = P.M .soluto 70
    • 25 g. n1 = 67000 g / gmol 75 g . n2 = 18 g / gmol n1 = 3.7 x10 −4 gmol n 2 = 4.17 gmol n1 X1 = n2 + n1 3.7 x10 −4 X1 = 4.17 + 3.7 x10 − 4 X 1 = 8.87 x10 −5 Respuesta: La fracción molar de l albúmina es 8.87 x 10-5 c) Respuesta: La densidad es 8.549 lb/galón Respuesta: 3 La densidad es 1028 kg/m d) M= masa ρ= volumen masa volumen = ρ 100 g. volumen = 1.028 g / cc 100 g . volumen = 1.028 g / cc 71
    • 1lt volumen = 97.3cm 3 x = 0.0973lt 1000cm 3 3.7 x10 −4 gmol M = 0.0973lt M = 0.0038M Respuesta: La molaridad es 0.0038M. 72