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  • 1. PROYECTO FINAL TERMODINAMICA JARED SILVA QUINAYAS CODIGO: 1.061.705.265 ROBINSON CRUZ CALDERON: CODIGO: 1.061.710.206 RICARDO RAMÍREZ SÁNCHEZ CÓDIGO: 1060648203 TUTOR: VICTORIA GUTIÉRREZ GRUPO: 201015 _137 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA 10 DE DICIEMBRE 2013
  • 2. INTRODUCCIÓN El origen del Manjar blanco en nuestro país no es conocido, sin embargo existen Razones fundadas que asignan el origen de este producto a la zona del Río de la Plata en Argentina, en donde se conoce como Dulce de Leche y con este nombre es difundido a nivel mundial. El Dulce de Leche es un producto de gran consumo en todos los países latinoamericanos, tomando diferentes nombres de acuerdo al país. En el Perú se le denomina “Manjar blanco” en Ecuador se conoce con el nombre de “Manjar de Leche”, en Colombia como “Arequipe”, en Argentina, Uruguay y Paraguay se le denomina “Dulce de Leche”. Asimismo su consumo se ha difundido y está en creciente expansión en los Estados Unidos y Europa. El manjar blanco es un tipo de dulce de leche obtenido por concentración de sólidos mediante el sometimiento a calor a una presión normal, el insumo principal es la leche que se encuentra alrededor de un (70-80) % de la formulación, contiene otros productos como azúcar, bicarbonato de sodio, almidón, glucosa y en algunas ocasiones lactasa que esto depende ya de la calidad que se requiera en el manjar blanco. El proceso de elaboración comprende varias etapas como son: recepción de la leche, neutralización, calentamiento, concentración, enfriado y batido, envasado y almacenamiento donde en algunas de estas etapas se van a realizar los respectivos cálculos termodinámicos. Para efectos de este informe hemos elegido el sistema más utilizado y simple de procesamiento del dulce de leche que es el elaborado en paila, pues no requiere de instalaciones y equipos altamente tecnificados. En este sistema el flujo de procesamiento no resulta complicado y no requiere de personal tecnificado.
  • 3. OBJETIVO GENERAL Aplicar los conceptos vistos en clase de termodinámica de la unidad 1(Ley Cero, Trabajo, Primera, Ley de la Termodinámica) y la unidad 2(Segunda Ley) para algunas de las etapas que determinan el proceso de elaboración del manjar blanco. OBJETIVO ESPECIFICO • • • Aplicar las ecuaciones de termodinámica en las diferentes etapas del proceso de elaboración del manjar blanco. Aprender a realizar trabajos colaborativos buscando la cooperación de todos los compañeros. Compartir culturas por medio del desarrollo del trabajo colaborativo, ya que se pueden plasmar diferentes puntos de vista, del proceso del manjar blanco.
  • 4. 1) Lluvia de ideas acerca de los diferentes procesos para la elaboración de un producto que quieran realizar. Propuestas de los integrantes del grupo. NOMBRES Y APELLIDOS Robinson cruz calderón Jared Silva Quinayas Ricardo Ramírez Sánchez PROCESO PROPUESTO Producción de agua potable Producción de dulce de leche Producción de mermelada 2) Selección de la propuesta. NOMBRES Y APELLIDOS Robinson cruz calderón Jared Silva Quinayas Ricardo Ramírez Sánchez PROCESO QUE SELECCIONA Producción de dulce de leche Producción de dulce de leche Producción de dulce de leche El proceso seleccionado por los integrantes del grupo es la Producción de dulce de leche. Sistemas termodinámicos del proceso: Sistema termodinámico Cristalización Evaporación humedad Estandarización de Características de producción Para forzar de manera adecuada la cristalización de la lactosa de la leche es necesario determinar una temperatura adecuada de inoculación, enfriando previamente el producto mediante una agitación energética e intensa. Se establece que, cuando se emplee leche con un porcentaje de grasa que oscila alrededor del la 3%, la cantidad de sacarosa a agregarse no deberá excederse del 23%, ni ser inferior al 18 %, de esta manera el almacenamiento del dulce durara por contener una humedad adecuada. El dulce de leche debe contener obligatoriamente un 26% de sólidos de leche, por lo tanto es necesario saber la procedencia de la leche, ya que en ciertas partes donde venden la leche, para hacerla rendir le agregan
  • 5. Neutralización Adición de azúcar Concentración Enfriamiento Envasado agua. En la elaboración del dulce de leche se debe partir de una leche que posea un pH superior a 6.7, por lo tanto es necesario realizar el proceso de estandarización para que en el proceso no se presente la floculación de proteínas. Sin embargo cuando sea demasiado tarde se puede estabilizar con bicarbonato de sodio: 0.093 gr de bicarbonato de sodio por cada 0.1 gr de acido láctico, por cada litro de leche hay un 0.1 gr de acido láctico. Es muy importante la cantidad de sólidos de la leche, ya que en el proceso la leche se someterá a temperaturas exageradas, que dependen del lugar, país o región donde se vaya a realizar, de igual forma el tipo de material de los recipientes, y dependiendo de la formas y procedimientos, así mismo se debe agregar la cantidad de azúcar necesaria, ya que si la leche se somete a temperaturas bajas con mucha azúcar este tiende a cristalizarse, y si se somete a altas temperaturas con poca azúcar, este se podrá fermentar por eso es necesario obtener leche pura sin agua, para que contenga los sólidos adecuados propios de la leche sin agua. Es importante que se inicie el proceso en la paila con leche precalentada, y el sistema de calefacción de la paila sea uniforme. La paila debe operar bajo energética agitación, con un ancla raspadora que evite que el dulce se pegue en el fondo y en las paredes más calientes. Inmediatamente después de concluido el proceso de concentración, tiene lugar el enfriamiento que se puede realizar en la misma paila o en un recipiente destinado para ello. La velocidad de enfriamiento es muy importante para evitar la formación de grandes cristales, esta debe descender hasta unos 55 oc El envasado se realiza generalmente con el dulce a una temperatura de 50-55 oc, para permitir su fácil flujo, envasar a una temperatura mayor podría facilitar la generación de hongos. Por el proceso de los vapores dentro del recipiente.
  • 6. MANJAR BLANCO PROCESO TERMODINAMICO ISOBÁRICO, ISOTÉRMICO
  • 7. Proceso isotérmico es el cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. Se procede a elaborar una muestra del dulce de leche: Nota: El dulce de leche debe contener obligatoriamente un 26% de sólidos de leche, por lo que debemos tener en cuenta la siguiente información: MATERIA SECA GRASA LACTOSA SALES TOTAL Leche de 11 al 3,50% 4,60% 0,80% Vaca 12,5% Por lo que debemos calcular la cantidad de leche necesaria para de sólidos. SÓLIDOS TOTALES DE LA LECHE 11% 12% 13% MATERIA PROTEICA 3,50% obtener el % CANTIDAD EN KG DE LECHE NECESARIAS PARA ALCANZAR EL 26% DE SÓLIDOS DE LECHE 2,6 Kg 2,2 Kg 2,0 Kg Para un dulce de buenas características la leche debe poseer un pH superior a 6,7. Neutralización con Bicarbonato de Sodio: Se puede decir que para neutralizar 90 gramos de ácido láctico se requiere de 84 gramos de Bicarbonato de sodio, entonces para neutralizar 0,1 gramo de ácido láctico se necesitará: Para conseguir una composición normalizada en la que el azúcar y los componentes lácticos mantengan una proporción respecto al tipo de dulce, es
  • 8. necesario variar la cantidad del azúcar según el contenido de sólidos de la leche. La cantidad de azúcar se puede agregar del siguiente modo: En una leche con 12% de sólidos totales, cada 100 litros de leche contienen 12 Kg de sólidos, por lo tanto se requieren 20kg de azúcar para un 26% de sólidos. El método de incorporar los ingredientes es adicionar primero toda la leche para luego incorporar el azúcar. El calentamiento de la leche debe elevar su temperatura hasta 60° - 70°C, instante en el cual se incorpora el azúcar en su totalidad; se concentra luego la mezcla hasta alcanzar un contenido de sólidos solubles equivalente a 55 60%. Es importante que se inicie el proceso en la paila con leche precalentada, el sistema de calefacción de la paila debe ser uniforme. La paila debe operar bajo enérgica agitación por efecto de dos agitadores que giran en distinto sentido, uno de ellos es una ancla raspadora que evita que el dulce se pegue a las paredes calientes. A medida que avanza la concentración se va acentuando el color del producto, de tal manera que el dulce al alcanzar el “punto final”, no solamente su tenor de sólidos, si no sus características organolépticas sean las deseadas. Poco antes de terminar la concentración, aproximadamente cuando el producto lleva un 60 – 62 % de sólidos se agrega la glucosa. Para considerar los balances de energía desde la primera ley de la termodinámica, se reconoce que está dada por Donde se despreciaran los cambios de energía potencial y cinética, obteniendo De tal manera que se incluye el concepto de entalpia Con Se tiene que
  • 9. Siendo esta la ecuación que se utilizara de manera general en los balances de energía, se debe tener en cuenta también que una entalpia real esta dada por O según sea el caso Para nuestros balances se omitirán las entalpias residuales o en exceso de manera que Y el cambio de dicha entalpia estaría dada por En este caso no hay calor de reacción sin embargo se puede presentar un calor de disolución Con esto ya podemos definir los balances de energía a lo largo del proceso Estandarización: El dulce de leche debe contener obligatoriamente un 26% de sólidos de leche, es fácil calcular la cantidad de leche que será necesario para obtener el 26% de sólidos de leche en el dulce. Así es del conocimiento general que las leches de vaca y de cabra, que son las que más comúnmente se emplean en la fabricación del dulce de leche. Neutralización: En la elaboración del dulce de leche se debe partir de una leche que posea un pH superior a 6,7. Las normas de diferentes países establecen que el dulce de leche debe tener una acidez expresada en ácido láctico de 0,20%.El fundamento de tal condición, es que las reacciones de Maillard que se producen durante la coloración generan ácidos, que sumados a los ya presentes y al efecto de la evaporación del diluyente, elevan la concentración de los mismos a un valor tal que provocarían la floculación de las proteínas. Cuando se trata de leches normales, bien equilibradas en su composición salina se utiliza para neutralizar bicarbonato de sodio de peso molecular 84.
  • 10. De acuerdo a la reacción balanceada: C3H6O3 + Na H (CO3) C4H5O5Na +H2O El peso molecular del ácido láctico es: C X 3 = 36 O X 3 = 48 HX6 = 6 TOTAL 90 El peso molecular del Bicarbonato de sodio Na X 1 = H X 1= C X 1= OX 3= 23 1 12 48 TOTAL 84 Se puede decir que para neutralizar 90 gramos de ácido láctico se requiere de 4 gramos de Bicarbonato de sodio, entonces para neutralizar 0,1 gramo de ácido láctico se necesitará: 90 --------- 84 0,1 --------- X X = (0,1X 84)/90 X = 0,0933 gramos e Bicarbonato de Sodio Calentamiento: En este proceso se pasteuriza la leche y homogeniza, a una temperatura de alrededor de 72°C por 30 minutos y agitación constante. Homogenización:
  • 11. Concentración: Se evita la formación de costra en las paredes del recipiente agitando constantemente, se adiciona el azúcar muy lentamente hasta que integre completamente se da cocción hasta que llegue a 35°brix, se adiciona el almidón previamente disuelto en leche fría (1:10); se deja concentrar hasta 64°brix, se añade la glucosa previamente disuelta en leche caliente (1:10), si se desea mayor textura se adiciona carragenina, u otros atributos sensoriales con ayuda de saborizantes y colorantes. Nota: La lactasa se adiciona en frio, puede ser con un día de anterioridad para garantizar el desdoblamiento de la lactosa. Control del punto final: Se puede realizar empíricamente adicionando una gota de manjar blanco en un vaso de agua fría y si la gota llega al fondo sin disolverse esta en el punto final, o ya de una manera técnica usar un refractómetro el punto final es de 60 a 70°brix. Enfriado y batido: Enfriar rápidamente a 60°C y envasar. Almacenamiento: El envasado y etiquetado es la última etapa debe realizarse en caliente. Todos y cada uno de los balances de energía requieren de datos termodinámicos de la leche los cuales se presentan de manera aproximada a continuación:
  • 12. ECUACION RESTRICCIONES TS:8-40% Grasa/solido no grasos:0.01-0.04 T: 40-70 ͦ C Leche descremada T:52-80 ͦ C Leche entera T: 52-80 ͦ C Ө: temperatura. TS: sólidos totales W: agua PRODUCTO Leche entera Leche descremada Crema(25%grasa) Crema(45%grasa) Grasa láctea Cp (kJ/kg K) 3.9 3.8 3.5 3.2 2.2 De esta manera podemos ya resolver el sistema de ecuaciones Temperatur a (°C) Calentamiento 65 Homogenización 25 Enfriamiento 12 • entalpia (KJ/Kg) Entropía (KJ/Kg*K) 1096.24 2211.89 2087.71 3.06 6.24 6.41 Liquida a casi sólida, con una disminución del líquido de un 61% teniendo como resultado un 39% de la mezcla (1L = 1K; 390g= 390cc) El consumo total de gas en Lectura inicial=3165.631 Lectura final =3165791 La diferencia es = 0.279 Consumo = 0.279
  • 13. • Para encontrar el consumo en kv/h, lo hayamos en el respaldo de la factura del gas, la cual dice que debemos hallar el consumo en , multiplicarlo por el factor de corrección, el resultado de este se multiplica por el poder calorífico, y el resultado de esta operación se divide por 3.6 Resolviendo Factor de corrección= 1.030 Poder calorífico del suministro = 42.50685 El consumo es de 3.39kv/h TABLA NUTRICIONAL Tabla Nutricional del Dulce de leche Valores cada 100 ml Kilocalorías Hidratos de Carbono (g) Proteínas (g) Grasa (g) Sodio (mg) 302 56,5 5,5 6 119,5 SISTEMAS TERMODINAMICOS DULCE DE LECHE • Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores. • Sistemas Homogéneos: el sistema de dos componentes. SISTEMA COMBINADO Existen diferentes métodos de elaboración del dulce de leche. En el método SIMPLE el calentamiento y la concentración se realizan directamente en las pailas. Por otro lado existe un sistema COMBINADO, que es el que hemos descripto,
  • 14. donde se realiza la concentración en evaporadores y luego se calienta en producto en las pailas. Este método permite reducir tiempo, mano de obra y costos. Esta forma de elaboración representa un interesante avance en la tecnología de fabricación. Con este sistema se concentra la mezcla logrando un mejor aprovechamiento energético a través de evaporadores continuos que trabajan herméticamente y bajo condiciones de vacío. Estas condiciones además de reducir el consumo energético, tiempo y mano de obra, inciden sobre las características finales del producto. -Consumo energético en reposo. CONCLUSIONES • Se aplicó los conceptos vistos en clase de termodinámica de la unidad 1(Ley Cero, Trabajo, Primera, Ley de la Termodinámica) y la unidad 2(Segunda Ley) para las etapas que determinan el proceso de elaboración del manjar blanco, como en el calentamiento, homogenización y enfriamiento con base al balance de materia y energía del proceso. • El Cp del manjar blanco es más bajo que el de la leche líquida por que la cantidad de sólidos solubles del dulce aumentan. • Se logra un trabajo en equipo cumpliendo el objetivo que es consolidar el trabajo final, con gran participación de los integrantes del curso.
  • 15. BIBLIOGRAFIA pagina: enjoit.com. (2008-2012). soluciones practicas. el 6 de 11 de 2012, de http://www.solucionespracticas.org.pe/contenido.php?id=332&idcate=50 (09-12/2013) PDF: Montero, R. (2000). MANJAR BLANCO. Recuperado el 6 de 11 de 2012, de Proyecto San Martin: http://www.infolactea.com/descargas/biblioteca/144.pdf (09-12/2013) Página: http://www.infolactea.com/descargas/biblioteca/291.pdf (08-12/2013)