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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
IZTAPALAPA CI”
PROYECTO TERMINAL EN
/INGENIERIA QUIMICA
/hfICROENCAPSULADO DE UNA EMULSION MULTIPLE DE COLORANTE DE BETABEL EN
OLEORRESINA DE FLOR DE CEMPASUCHIL Y SU BIOSIMILACION EN PENAEUS VANNAMEI
ASESOR DIVISIONAL: DR. EDUARDO JAIME VERNON CARTER
ASESOR INTERDIVISIONAL: DR. JOSE LUIS ARREDONDO
ASESOR EXTERNO: M. en C. RUTH PEDROZA ISLAS
PRESENTAN
/’ANAYA GUERRERO CESAR CID CRISTOBAL HECTOR
VILLA GODINEZ JOSE DE JESUS
MAYO DE 1995 \
Agradecemos especialmente al M. en I.Q. Hugo Jarquín Caballero
por sus aportaciones y asesorias que nos brindo a lo largo de este proyecto .
CONTENIDO
1.
11.
111.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
XI11
RESUMEN
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ESTUDIO DE MERCADO
DEFINICION DEL PROYECTO
PROCESOS DE MICROENCAPSULADO
DATOS PARA EL DISENO
BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
DISEÑO DE EQUIPO
EVALUACION ECONOMICA
CONCLUSION
BIBLIOGRAFIA
APENDICE
INDICE PAGINA
I . Resumén ....................................................................................... 1
I1 . Antecedentes ................................................................................. 1
2.1. UTILIZACION DEL PIGMENTO MICROENCAPSULADO EN DIETAS ALIMENTICIAS PARA PENEIDOS ......................................... 1
2.1.2. HEMOCIANMA ................................................................................. 2
2.2. EMULSIONES ................................................................................................................. 3
2.2.1. CLASIFICACION DE EMULSIONES .......................................................................... 3
2.2.2. ESTABILIDAD DE UNA EMULSION ACEITE / AGUA ( O / W ) ......................... 5
2.2.3. ROMPIMIENTO DE LA EMULSION ACEITE / AGUA ( O / W ) ........................... 5
I11 . Objetivo ..................................................................................... 6
IV . Estudio de mercado ...................................................................... 6
4.1. OFERTA Y DEMANDADE PIGMENTOS ................................................ 6
4.2 . PRINCIPALES PRODUCTORES Y CONSUMIDORES DE PIGMENTO ............. 7
4.2.1. PRODUCTORES ............................................................................ 7
4.2.2. CONSUMIDORES .......................................................................... 8
4.3. ORDEN DE MAGNITUD DE LA PRODUCCION Y DE CONSUMO NACIONAL E [NTERNACION AL ......................................... 8
V . Definiclon del proyecto ................................................................ 9 . .
5.1. EL PRODUCTO Y SUS C ~ C T E R I S T I C A S ................................................ 9
5.1. 1 . CARACTERISTICAS Y COMPOSICION DE LA OLEORRESMA DE LA FLOR DE CEMPASUCHIL ............................... 10
5.1.2. CAROTENOIDES ........................................................................ 10
5.1.3. GOMA DE ACACIA ..................................................................... 1 1
5.1.4 BETALAINAS ............................................................................ 12
5.1.5. DEGRADACION DE COLOR .............................................................. 12
5.2. CAPACIDAD Y UBICACION DE LA PLANTA .............................................. 13
5.2.1. UBICACION ............................................................................... 13
5.2.2. CAPACIDAD DE LA PLANTA ........................................................ 17
..................................................... VI . Procesos de microencapsulado 17
6.1. PROCEDIMIENTO DE MICROENCAPSULADO ............................................... 17
6.1.1. ENDURECIMIENTO DE LA PARED DE MICROENCAPSULADO .................. 18
6.2. SECADO POR ATOMIZACION ................................................................... 18
6.3. MICROENCAPSULACION EN LECHO FLUIDIZADO ....................................... 19
6.4. MICROENCAPSULACION PORCOACERVACION .......................................... 20
6.5. DESCRIPCION DEL PROCESO DE MICROENCAPSULACION DE UNA EMULSION MULTIPLES ........................................................................................ 21
6.6. PRUEBAS DE LABORATORIO ...................................................................................... 22
6.6. I . ESPECIFICACIONES DE LAS PRUEBAS ................................................................... 23
6.6.2. RESULTADOS EXPERIMENTALES .............................................................................. 28
VI1 . Datos para el diseno ........................................................................ 31 . .
7 . I . MICROENCAPSULACION ............................................................................................... 31
7.2. OBTENCION DE DATOS PARA EL DISEÑO ................................................................. 31
VI11 . Balances de materia y energia .......................................................................... 36
8 . 1 . BALANCE DE MATERIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.2. BALANCE DE ENERGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
IX . Diseño de Equipo ...................................................................................... 39
9.1. EQUIPO MAYOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9 I . I . BATERIA DE MEZCLADORES Y HOMOGENIZADORES ..................................... 39
9 . 1.2. TANQUE DE ALIMENTACION F-129 ..................................................................... 49
9 . I . 3. CAMARA DE SECADO ............................................................................................... 51
9 . I . 4. SISTEMA DE SEPARACION DEL PRODUCTO SECO DEL AIRE ( H-117. H-l 18 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
9.1.5. TORRE DE ROC10 D- 122 ......................................................................................... 55
9.1.6. TANQUE DE RECEPCION ....................................................................................... 57
9.2. EQUIPO AUXILIAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 . . X . Evaluaclon Económica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
IO . I . ESPACIO NECESARIO Y DISTRIBUCION DE LA PLANTA .................................................... 59
10.2. PERSONAL NECESARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
10.3. INVERSION TOTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
10.3. I . INVERSION FIJA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
10.3.2. UTILIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
10.3.3. FACTIBLIDAD Y RENTABILIDAD DEL PROYECTO ........................................................ 63
XI . CONCLUSION ..................................................................................... 65
XI1 . BIBLIOGRAFIA .................................................................................... 66
XI11 . APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
APENDICE A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
MENDICE B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
APENDICE C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
APENDICE C- 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
APENDICE C-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
AE'ENDICE C-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
AE'ENDICE D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
I. RESUMEN
La microencapsulación es una técnica que se viene empleando con creciente interés en diversos campos de la tecnología, la cual en el presente trabajo consiste en aplicar una cubierta delgada de goma arbbiga o goma de mezquite, con el objeto de proteger de la degradación al pigmento ( oleorresina de flor de cempasúchil y colorante de betubel o rojo carmin ) para incluirlo en la dieta del camarón, para que éste sea asimilado y procesado por su sistema digestivo, con la finalidad de proveer el patrón de color externo e incrementar su costo en el mercado.
El proceso de microencapsulación por coacervación es relativamente nuevo, y se analizará su utilización en este trabajo por el sistema coloidal que se presenta. Este proceso es económico en comparación con el secado por aspersión, y se pretende también evaluar la modificación de algunas características, tales como el pH o la adición de una sal.
La posible localización de la planta será en el Estado de Sinaloa, ya que éste presenta la más alta densidad de plantas acuicolas productoras del camarón penaeus vannamei.
11. ANTECEDENTES
La actual problematica de la acuacultura en México es debido a la baja cotización del camarón Penaeus vannamei en el mercado internacional por la falta de patrón externo de color, lo que pone a ésta especie en gran desventaja en comparación con Penaeus juponicus. Una de las alternativas más viables es la inclusión de pigmentos dentro de sus dietas; debido al tamaño del camarón, éste sólo puede consumir pequeñas partículas, y para facilitar la digestibilidad de las mismas los pigmentos son microencapsulados para posteriormente adicionarlos a su dieta.
2.1. UTILIZACION DEL PIGMENTO MICROENCAPSULADO EN DIETAS ALIMENTICIAS PARA PENEIDOS.
La microencapsulación es una técnica, la cual consiste en la aplicación de una cubierta delgada sobre pequeñas partículas de sólidos, pequeñas gotas de líquido o de dispersiones, con el objetivo de protejer algunos materiales, separarlos o facilitar su almacenamiento y manipulación; el rango de consideración es de 200 micras, y en algunos casos los autores reportan 5,000 micras.
1
En los estudios acerca de los hábitos alimenticios de las diversas especies de peneidos (camarones), se argumenta que en la etapa larvaria, los camarones se alimentan del vitelo sustancia de reserva del embrión joven, después ingieren alimento del exterior constituido por algunas algas microscópicas, casi todas ellas diatomeas y dentritas orgánicas, al llegar al estado juvenil y adulto la alimentación es de tipo omnivoro, aprovechan el alimento sin ningún problema, siendo capaces de digerir celulosa de organismos planctónicos y quitina independientemente de la procedencia del material enzimático.
La especie seleccionada para las pruebas de pigmentación es el Penaeus vannamei, que ofrece las ventajas de adaptarse al cultivo en cautiverio, toleran altas densidades de siembra, soportan las variaciones ambientales en un rango razonable y mostrando una alta supervivencia en cultivo. La desventaja que presenta este tipo de especie es su dificultad para desovar en cautiverio.
2.1.2. HEMOCIANINA
La hemocianina constituye el grupo de pigmentos que se encuentran en dos clases :
a) moluscos b) artrópodos
en estos últimos la hemocianina se encuentra en la sangre y nunca se han encontrado en las células. Son proteinas que contienen Cu que se puede combinar reversiblemente con el 0 2 . En forma reducida son incoloros y en forma oxigenada son azules (3) . Esto da como consecuencia que distintas especies de Peneidos presenten lo se ha llamado sindrome de camardn azúl, donde el camarón presenta una coloración azúl en su organismo. Esto se puede disminuir incluyendo carotenoides ( alfa-caroteno. beta- caroteno ) en su dieta en la etapa adulta, preferentemente un mes antes de salir al mercado. (t)
La alimentación es considerada como una función fundamental para el buen desarrollo del organismo en sus primeras etapas, a partir de la dieta el Peneido ( camarón ) obtiene la energía y proteínas necesarias para su crecimiento y reproducción.
( t ) La cornpostclon de la dleta se encuentra en el APENDICE A
2
2.2. EMULSIONES
En el presente trabajo el término de emulsión será considerado como una dispersión heterogénea de cuando menos un líquido inmiscible disperso en otro en forma de gotas cuyo diámetro debe ser entre 1 y 100 micras. Las gotas dispersas son conocidas comofase interna o dispersa; la fase en la cual las gotas están distribuidas es lafase externa o continua.
Estos sistemas nunca son completamente estables en el sentido absoluto, por que una dispersión de gotas de líquido en otro tiene una alta energía libre asociada con su gran área interfacial, la cual tenderá a reducir su energía libre vía la disminución del área interfacial y esto se logra cuando se unen dos o más gotas de la fase dispersa. Por lo tanto, la unión de dos o más gotas es un proceso termodinámicamente espontáneo, mientras que el proceso inverso requiere gasto de trabajo y no ocurre en forma espontánea. De ahí que el término estable en emulsiones frecuentemente es usado de manera relativa y en sentido estrictamente cinético.
Así pues, prácticamente todas la emulsiones son termodinámicamente inestables. habiendo emulsiones que tengan una vida media de minutos aunque también existen emulsiones cuya vida media es de dias o años.( 21 ).
2.2.1. CLASIFICACION DE EMULSIONES
La mayoría de las emulsiones que han sido estudiadas o que son de importancia industrial están compuestas principalmente de agua y aceite o algún otro fluido lipofílico.
De acuerdo al modo, proporción y distribución de los componentes principales en el sistema las emulsiones se clasifican en:
a) Emulsiones del tipo aceite en agua ( O / W ). Si el agua constituye lafase continua.
b) Emulsiones del tipo agua en aceite ( W / O ). Cuando la fase continua esta formada por el aceite o cualquier otro fluido lipofílico.
Frecuentemente, si el volumen de uno de los líquidos es más pequeño que el otro formará lafase dispersa. Sin embargo existen numerosas excepciones que han sido reportados en las cuales lafase interna ha contituido más del 75% del volumen total. ( 22).
También se pueden encontrar emulsiones más complejas como es el caso de las emulsiones múltiples o emulsiones dobles. Estos sistemas están formados por tres fases en vez de dos como sucede en las emulsiones sencillas, y generalmente los componenetes principales son: agua y algún tipo de aceite. ( Tabla I )
CLASIFICACION DE EMULSIONES
7
TIFO DE DENOMMACION FASE DISPERSA: FASE CXBITDWA EMULSIONES Ernulsmn ordinaria Agua I Acelte en agua ( O / W ) Acelte
o Emulslon sencllla
Acelte en agua en aceite Aceite Emulslón ( O / W ) Ernulslon múltlple
Agua en acate en agua Agua Ernulslon ( W / O ) Emulslon doble Agua en acate ( W i O ) Aceite Agua
O ( W I O I W )
( O ! u ’ / O )
TABLA I
ACEITE
Esquema de emulsión sencilla del tipo aceite en agua ( O / W )
ACEITE
Esquema de emulsión múltiple del tipo agua en aceite en agua ( W / O / W )
4
2.2.2 ESTABILIDAD DE UNA EMULSION ACEITE/AGUA ( O / W )
Una emulsión O / W estable es un sistema coloidal de gotitas de aceite eléctricamente cargadas rodeadas por un ambiente iónico. El compotamiento de estas emulsiones es semejante al de los sistemas coloidales encontrados en los pantanos ( color ) y en los ríos ( limo ).
Uno de estos mecanismos de estabilización, la ionización, se produce por la adición de agentes que actúan sobre la superficie, como materiales orgánicos o limpiadores, que auxilian en el mantenimiento de la estabilidad de un sistema coloidal. Estas moléculas portan de ordinario una carga eléctrica y buscan la zona interfacial O / W de la gota emulsificada. Aquí, las cargas acumuladas estabilizan la emulsión mediante la repulsión entre las gotas que poseen carga de igual signo. También pueden estabilizar una emulsión los agentes de superficie neutrales ( no iónicos ), ya que estas moléculas son bifuncionales: uno de sus extremos es soluble en agua y el otro en el aceite, de manera que la molécula enlaza a la entrecara y la estabiliza.
Partículas sólidas, finas, pueden estabilizar una emulsión si su tamaño y abundancia son adecuados. En este caso la estabilización se produce por que las partículas sólidas absorbidas en la entrecara tienden a reforzar la película interfacial. Las gotitas dispersas no pueden coalecer a causa del efecto de interferencia o de obstrucción producidos por los sólidos.
2.2.3. ROMPIMIENTO DE EMULSIONES ACEITE/ AGUA ( O / W )
Pueden romperse las emulsiones empleando métodos químicos, electrolíticos o físicos. AI rompimiento de una emulsión también se le llama resolución, ya que su resultado es la separación de sus partes de la mezcla original. La estabilidad de los sistemas dispersos fluctúan dentro de límites muy amplios: desde su inestabilidad prácticamente completa ( cuando el tiempo de existencia de los sistemas dispersos constituyen segundos o fracciones de segundos ), hasta una estabilidad prácticamente total ( cuando cambios notables del estado de los sistemas se observa en intervalos de tiempo muy grande ).
Los procesos de cinética del rompimiento de una emulsión están gobernados por tres diferentes mecanismos de perdida de estabilidad esencialmente diferentes: cremado, tloculación y la destrucción de la emulsión debido a la coalescencia de las gotas.
Cremado. Puesto que las partículas de la fase dispersa en una emulsión generalmente tienen una densidad distinta a la del medio de dispersión, tenderán a acumularse por acción de la gravedad. Las gotas dispersas experimentan una fuerza vertical que tiende a concentrarse en una capa superior ocasionando la formación de nata, o una capa inferior creando un precipitado.
5
Esto puede ocurrir en cualquier emulsión diluida sí las fases no son exactamente iguales en densidades y si la dispersión media está exactamente fluida. Desde el punto de vista termodinámico es una forma trivial de inestabilidad.
Se debe hacer incapíe que el cremado no es una indicación del rompimiento de una emulsión recientemente preparada. Es una indicación del tamaño de gota, la cual depende de las condiciones de emulsificación independientemente de la agregación.
Floculación. Al proceso de sedimientación puede sobre ponerse la agregación de las gotitas de emulsión, fenomeno que se le denomina floculación; la floculación es una aglomeración de partículas en la forma de grumos indefinidos irregulares en el cual las partículas individuales pueden ser reconocidas.
Coalescencia. La coalescencia es un proceso termodinámicamente espontáneo y conduce finalmente a la separación de las dos fases en dos capas distintas. La velocidad de coalescencia viene determinada por la resistecia a la roptura de la capa de interfase de emulsionante y por la destrucción que puede suceder durante la agitación o congelación de la emulsión.
111. OBJETIVO
1 .- Obtener una microcapsula de una emulsión W / O del colorante de betabel o rojo carmín ( colorante de cochinilla ) en la oleorresina de la flor de cempasúchil, brindandole una protección eficaz contra la degradación.
IV. ESTUDIO DE MERCADO
4.1 OFERTA Y DEMANDA DE PIGMENTOS
Los colorantes al igual que los pigmentos son productos cuya importancia se puede observar cotidianamente debido a que son materia prima de sectores tan variados como el textil. plásticos, alimentos, etc.
Esta industria en su conjunto engloba a dos grandes grupos; los colorantes y los pigmentos los cuales pueden ser orgánicos e inorgánicos.
6
CONSUMO APARENTE
Hasta 1991 se consumieron 61,284 toneladas, de las cuales 8,672 correspondieron a colorantes, 9.226 a pigmentos y 43,386 a bióxido de titanio.
CAPACIDAD INSTALADA
La capacidad instalada en 1991 correspondiente a colorantes, pigmentos y bióxido de titanio fué de 12,818 toneladas, 10,650 toneladas y 78,000 toneladas respectivamente, lo que da un total de 10 1,468 toneladas.
PRODUCCION
La producción total del sector en 1991 fué de 85,778 toneladas correspondiendo 6,665 toneladas a los colorantes, 9,s 12 toneladas a los pigmentos y de 69,601 toneladas de bióxido de titanio. (1)
4.2. PRINCIPALES PRODUCTORES Y CONSUMIDORES DE PIGMENTOS
4.2.1. PRODUCTORES
Las principales empresas productoras de pigmentos y colorantes en el área de alimentos son:
NIVEL NACIONAL
PYOSA S.A. DE C.V.
UBICACION
Planta industrial en Monterrey
16 de septiembre No. 548 Col. San Martin Xochinahuac.
con distribuidora en D.F.
7
WARNER JENKINSON S.A. DE C.V.
INDUSTRIAL DESHIDRATADORA S.A.
Parque Industrial Lema Toluca
Estado de México (1)
Planta Queretaro Ote. 4 No. 4
Nuevo Parque Industrial San Juan del Rio 7680 Qro.
Planta y oficinas México,. D. F.
Av. Tlahuac No. 461 5
4.2.2. COSUMIDORES
En el caso de los pigmentos microencapsulados de la oleorresina de flor de cempasúchil, el mercado meta que se tiene son las plantas acuicolas que se ubican principalmente en las costas del ocean0 Pacífico (en los estados Baja California Norte, Baja California Sur. Sonora, Sinaloa, Chiapas y Oaxaca). Encontrandose la mayor concentración en el estado de Sinaloa.
4.3. ORDEN DE MAGNITUD DE LA PRODUCCION Y DE CONSUMO NACIONAL E INTERNACIONAL
PRODUCCION-CONSUMO APARENTE
600
500
400
a c: 4 S Z
300
200
1 O0
O
- PRODUCCION - CONSUMO APARENTE
86 87 88 89 90 91
A Ñ 0
GRAFICA 1
8
I
TONELADAS 1991 1990 1989 1988 1987 1986
PRODUCCION
472 415 454 230 244 357 C.APARENTE 144 139 113 235 79 63 EXPORTACION 34 26 44 2 1 3 IMPORTACION 582 526 523 463 322 417
INCTO. CA 0’0 13.7 8.6 97.4 5.7 31.7 28.9 CAP.INSTALADA 670 670 670 670 670 670
TABLA I1
COLORANTES PARA ALIMENTOS
V. DEFINICION DEL PROYECTO
5.1. EL PRODUCTO Y SUS CARACTEFUSTICAS
En la actualidad los problemas que hay que resolver para el uso adecuado de la microencapsulación son la conservación del pigmento por medio de una membrana que no debe ser tóxica, que debe ser impermeable al agua y muy digerible, esto es en el área de alimentos. Por otra parte la estructura y composición de la pared ( goma arúbiga y goma de mezquite ) tiene que proteger el núcleo ( oleorresina de tagetes erecta y betalainas ) de la acción extractiva del agua y de los demás agentes degradantes como son la luz. el oxígeno disuelto, pH y el clima; también son propiedades importantes la tlexibilidad. la resistencia y la facilidad de aplicación.
El material del núcleo está constituido por partículas sólidas o pequeñas gotas de líquido. En el caso de los productos sólidos puede ser necesario seleccionar el tamaño de partícula o de efectuar de ser posible transformaciones de la misma; en ciertos casos es necesario el empleo de coadyuvantes tales como establizadores, antioxidantes, diluyentes, excipientes y retardadores o aceleradores de liberación. En los líquidos en algunos casos se utilizan operaciones de dispersión o emulsificación. En nuestro caso la oleorresina de flor de cempasúchil es un fluido viscoso y pegajoso, por lo cual es necesario un diluyente.
9
5.1.1. CAFUCTERISTICAS Y COMPOSICION DE LA OLEORRESINA DE LA FLOR DE CEMPASUCHIL
La oleorresina como su nombre lo indica es un producto oleoso que se extrae de la flor de cempasúchil, pero con componentes insaponificables y cuya composición es la siguiente:
BETA- CAROTENO 0.80 CRIPTOSANTINA 1 .O9
I ~~
CIS-LUTEINA I 1.68 I TRANS-LUTEINA 75.77
TRANS-ZEANXANTINA 5.18 EPOXIDOS 15.43
TABLA 111
Las xantófilas que proporcionan el color están constituidas principalmente por la luteína en porcentaje que generalmente se encuentra entre 70 y 90% y el resto por zeanxantina. (2)
5.1.2. CAROTENOIDES
Los carotenoides representa unos de los muchos grupos de pigmentos naturales cuya función primordial es la de proveer el patrón de color externo a los animales (3), la fórmula empírica es C4oHs6 (4), los carotenoides se dividen en dos grupos: carotenos y xantófilas; las principal caracteristica de los carotenos es presentar enlaces carbono- hidrógeno, en tanto las xantófilas presentan enlaces carbono-oxígeno y carbono- hidrógeno en su estructura.
El beta-caroteno, alfa-caroteno y gama-caroteno son miembros característicos del primer grupo ( FIGURA 1 ). El zeaxantina, luteína y astaxantin son miembros característicos del segundo grupo ( FIGURA 2 ).
10
O+
Beta-Caroteno Zeaxantina
I Alfa-Caroteno Luteina I Obi I O I
no I Gama-Caroteno Astaxrntín
FIGURA 1 FIGURA 2
De las xantófilas, el astanxantín es un compuesto que aparece en los crustáceos en tres formas:
1 - Esterificado 2.-No-esterificado 3.-Conjugado con proteinas.
5.1.3. GOMA DE ACACIA. (GOMA ARABIGA)
La goma arábiga es un coloide vegetal que se obtiene por exudación del tronco y de las ramas de plantas leguminosas de la familia de las acacias, la exudación es gomosa y su solución acuosa se llama mucílago (6), los mucílagos son agentes suavisadores y emolientes. La goma arábiga se presenta en forma de lágrimas o terrones de color ambarino o amarillento, inodoros, solubles en agua e insolubles en alcohol. Es un hidrato de carbono coloidal y esta constituida por el ácido D-glucurónico, L-arabinosa, D- galactosa y L- ramnosa en una proporción molar de l :2:4: l respectivamente.
Los principales paises productores de goma arábiga son: Senegal, Nigeria, Malí y Sudán. El mercado mundial es aproximadamente de 60,000 toneladas métricas. (7)
5.1.4. BETALAINAS
El pigmento rojo ( betalainas ) se obtiene del la remolacha ( berubel ) en forma de polvo cristalino. Dentro de las betalainas, la betacianina presente en mayor cantidad es la betanina. que abarca aproximadamente del 75 al 95% del total de los colores rojos.
La betanina es el glucósido de la betanida y la isobetanina. La betanina contiene en su estructura tres grupos carboxilos, dos con un pKa de 3.4 y el otro con un pKa 2, además un grupo fanálico con un pKa de 8.5 y dos carbones asimétricos en las poszones 2 y 15. Los tres ácidos carboxílicos, el amonio cuaternario y la glucosa son los responsables de la solubilidad.
Bajo condiciones ácidas o alcalinas la betanina y la betanidina se transforma en sus epímeros isobetaninas e isobetanidina en ausencia de oxígeno.
Las betalainas son muy solubles en agua, ligeramente solubles en metanol, acetona, etanol e insolubles en solventes orgánicos como el cloroformo y benceno. Por lo que respecta al pH, se sabe que los valores extermos aceleran el proceso de hidrólisis; sin embargo las betalainas son muy estables en un rango de pH de 3-7.
La velocidad con la que se pierde el color, se incrementa con la presencia de oxígeno y la luz. A temperatura constante de 15 O C , la luz causa una perdida de color de 15.6% y con el oxígeno simultaneamente la degradación es de 28.6%, indicando que el efecto es acumulativo. ( 16)
5.1.5. DEGRADACION DEL COLOR
La degradación del color en los pigmentos es uno de los factores que se pretenden disminuir mediante el uso de hidrocoloides como son la goma urúbiga y la goma de mezquite; como los carotenoides se caracterizan por ser moléculas ramificadas insaturadas, tienden a oxidarse fácilmente en especial en las dobles ligaduras y al romperse los enlaces el color va desapareciendo (1 O).
De los factores degradantes más importantes se menionan la oxidación,la luz directa del sol, pH, nitratos, fosfatos, metales y peróxidos disueltos en medio acuoso. Por lo tanto es necesario evaluar la protección al pigmento que puede brindar la goma arúbzga, la goma de mezquite o una combinación de ambas.
5.2. CAPACIDAD Y UBICACION DE PLANTA
5.2.1. UBICACION
Dentro de los factores para determinar la ubicación de la planta se encuentra los siguientes:
- Localización de la materia prima. - Disponibilidad de la mano de obra. - Terreno disponible. - Localización del mercado y su magnitud. - Disponibilidad de servicios.
*Transporte. *Agua. *Combustible. *Energía eléctrica. *Comunicaciones, etc.
- Clima. (14)
Localización de las materias primas.- Como se ha mencionado anteriormente todas las materias primas que se utilizan en el proceso de microencapsulación son de origen vegetal. El mezquite se obtiene en su mayoria en zonas cálidas del norte de la República Mexicana ( APENDICE B ); como se sabe las aceiteras más importantes del país se encuentran localizadas en el estado de Jalisco; la planta de maíz por su adaptabilidad a los diferentes tipos de climas y suelos se cultiva en toda la República Mexicana, por estas razones no representa problema significativo para la obtención de la materia prima.
La flor de cempasúchil se cosecha principalmente en los estados de Sinaloa, Guanajuato y Morelos obteniendose un rendimiento de cerca de 20 toneladas por hectárea. ( 8 )
Los principales estados productores de betabel en México son: Sonora, Tamaulipas, Michoacán, Guanajuato, Baja California Norte y Sur, Veracruz, Hidalgo Puebla.
13
DISTFUBUCION DE LA POBLACION DE 12 AÑOS Y MAS, POR SEXO, SEGUN CONDICION DE ACTIVIDAD, 1990.
80
7 0
60
50
% 40
30
20
10
O TOTAL HOMBRES M U J ERES
ACTIVOS INACTIVOS NO ESPECIFICADO
GRAFICA I1
14
DISTRIBUCION PORCENTUAL DE LA POBLACION ECONOMICAMENTE INACTIVA POR SEXO SEGUN TIPO DE INACTIVIDAD, 1990.
8o T
t ESTUDIANTES HOGAR JUBIUDOS INCAP OTRO TIPO
HOMBRES MUJERES
GRAFICA I11
Terreno disponible.- Este no es un factor determinante en nuestro caso, por qué la distribución de la población se encuentra localizado en las cabeceras municipales y en las ciudades como Culiacán, Los Mochis, Mazatlán, Navolato, Guasave y El Fuerte. ( APENDICE C-1 ).
Localización de mercado y su magnitud.- Los principales consumidores de pigmentos microencapsulados serían las plantas acuicolas productoras de Peneus vannamei que se encuentran localizadas en su mayoria en las costas del estado de Sinaloa y las restantes en los litorales del Pacífico.
15
Disponiblidad de servicios.- El estado cuenta con una aceptable infrestructura a nivel transporte. de regiones y cuencas hidrológicas. además de disponibilidad de energía eléctrica y de combustible. La información detallada se encuentra en el APENDICE C-2.
Climas.- El estado de Sinoloa cuenta con siete tipos de clima, que va de cálido subhúmedo con lluvias en verano hasta muy seco muy cálido.(9)
lluvias en verano Semicálido Subhúmedo con lluvias en verano
11.43
20.92 BS 1 (h) Semiseco muy cálido y lluvias en verano.
4.12 C(W> Templado Subhúmedo con
cálido Seco muy cálido y cálido BS(h')
9.52 BW(h') Muy seco muy cálido y
O. 14 BSh Seco semicálido
17.77
I cálido I 1 TABLA IV
CLIMAS DEL ESTADO DE SINALOA
NOTA: La distribución de los climas y su simbología se encuentran en el APENDICE C-3.
16
Agua
Agua b
Colorante w b
Span Lecitina *
Fase Dispersa Pre- mezclador I1
U
Aceite +. l"
71 Pre-mezcla6
b Oleorresina Mezclador I Pre-mezclador I
c. Fase L Fase Continua
Dispersa
Goma + A-10 I
jar -1 I11
r
b Secador
*
Mezclador I1 f I
I '
DIAGRAMA DE BLO UE DEL PROCESO DE MICROENCAPSULADO Y
-
b Empaque
L
5.2.2. CAPACIDAD DE LA PLANTA
En base a la información obtenida acerca de la composición de pigmentos dentro de las dietas elaboradas en la Universidad Autonoma Metropolitana Unidad Iztapalapa (1 l) , el máximo porcentaje de pigmento es de 4% dentro de las dietas; si la producción de camarón por acuacultura en 1989 fue de 2,846 toneladas y de 11,846 toneladas en 1993 (12,15), por experiencia la proporción que guarda el alimento suministrado es de 2: 1 en relación con la producción de camarón anual, por lo tanto la producción de alimento aproximado es de 24,000 toneladas; si se desea proveer de pigmento microencapsulado al 10% del mercado actual, la capacidad de la planta se estima en 96 toneladas al año.
VI. PROCESOS DE MICROENCAPSULADO
6.1. PROCEDIMIENTOS DE MICROENCAPSULACION
Se ha descrito una cantidad muy grande de procedimientos de microencapsulación que se basan en principios muy diversos, que va de los tradicionales, que se efectúan por recubrimientos mecánicos, hasta métodos químicos complicados que dependen de factores muy precisos. En la selección del método, que no es una tarea fácil, se deben considerar varios factores tales como si el núcleo es sólido o líquido, sus características de solubilidad, miscibilidad, dispersibilidad, las propiedades del núcleo en relación con las sustancias que van ser utilizadas como materiales de recubrimiento y las eventuales interacciones que pueden producirse entre ellos. También es necesario tomar encuenta el tamaño de la microcápsula, la manera como se une la película al núcleo, las características de producción y la economía del proceso.
La tecnología de la microencapsulación se puede resumir en dos tipos de procesos, el químico y el físico; el proceso químico se efectúa en un medio líquido para realizar una fase de separación, y el proceso usa material de covertura fluida que es retenido por varios medios después de la formación de la cápsula. Tales métodos son muy eficientes y permiten la formación de la cobertura por medio de varios polimeros sintéticos, gomas naturales, ceras, resinas, además de sitemas multicomponentes.
Cuando el material a ser encapsulado es un sólido, el mejor método es preparar un jarabe del material finamente dividido en un medio líquido, y posteriormente proceder como en la encapsulación de un líquido. En algunas ocasiones puede también encapsularse un sólido en estado fundido.
17
6.1.1. ENDURECIMIENTO DE LA PARED DEL MICROENCAPSULADO
El método para el endurecimiento de la cobertura si es necesario depende de la formulación seleccionada. El endurecimiento puede realizarse por una reacción química, por enfriamiento, con extracción con solvente o evaporación de éste y por combinación de todos los métodos. El endurecimiento por una reacción química puede ser ejemplificado por un sistema de microencapsulamiento envolvente en una cobertura acuosa de alginato de sodio, el cual fué recibido en un baño acuoso de cloruro de calcio que rápidamente convierte el alginato en una sal insoluble de calcio.
El endurecimiento por deposición húmeda debe ser aplicado para formulaciones de cobertura conteniendo un látex y un agente gelificante químico, tal como el alginato de sodio a una sal insoluble, la deposición húmeda deberá producirse como una película polimérica continua. La formulación de cobertura fundida puede ser endurecida tan solo por enfriamiento y así ofrecer la ventaja de simplificación y evitar los requerimientos para el equipo en el auxilio del secado o recuperación del solvente que acompaña al uso de soluciones de cobertura o látex.
6.2. SECADO POR ATOMIZACION
El secado por atomización consiste, en el bombeo de un fluido a través de una esprea que gira a gran velocidad, con esto se consigue disgregar el líquido en finas gotas que chocan contra una corriente de aire o de una gas calentado, provocando debido a la gran superficie expuesta. la inmedianta evaporación del agua. De esta manera es posible obtener producto en polvo a partir de alimentos que no pueden ser expuestos mucho tiempo a temperaturas altas. El mismo principio se aplica en el procedimiento de microencapsulación que ocupa esta metodología y este tipo de equipos. Consiste en líneas generales en atomizar el que se encuentra en estado líquido ( ya sea como solución o como dispersión ) en forma de finas gotas sobre una corriente de gas calentado. Cuando las pequeñas gotas de líquido toman contacto con el gas a mayor temparatura, se produce una rápida evaporación del solvente formándose una fina película del material de recubrimiento que se encuentra disuelto en él.
Un equipo de secado por atomización se compone esencialmente de un sistema de alimentación del líquido, un dispositivo de atomización ( que por lo general consiste en un disco que gira a gran velocidad ), una cámara de atomización, y un sistema colector del producto seco.
Para efectuar la microencapsulación, el material de recubrimiento se disuelve en un solvente adecuado y en esta solución se dispersa la sustacia, sólida o líquida, que va servir como núcleo. La dispersión al estado líquido, preparada en estas condiciones, se introducen en la cámara de atomización en contra corriente de aire. El aire caliente proporciona el calor de evaporación requerido para la remoción del solvente. produciéndose en esta forma la microencapsulación.
Las partículas sólidas se microencapsulan sometiendo a un secado por atomización una suspensión una solución de ellas en el agente de recubrimiento envuelve las partículas.
Los líquidos oleosos pueden microencapsularse efectuando primero una emulsificación de ellos en una solución acuosa del agente de recubrimiento, y sometiendolos posteriomente, al proceso de secado por atomización de agua, las gotitas de aceite son microencapsuladas por el material formador de la película.
El producto que se obtiene por este procedimiento está constituido por microcápsulas de forma aproximadamente esférica y de un tamaño que varía enter 5 a 600 micras que casi siempre presenta una cubierta porosa. Por esta razón, cuando se procesan materiales por este método es necesario emplear una baja proporción del núcleo, ya que, para asegurar una adecuada protección, es necesario que la cubierta ocupa un porcentaje importante de la microcápsula total. En el caso de aceites volátiles se recomienda que el núcleo no represente más del 20% de total de la microcápsula.
6.3. MICROENCAPSULACION EN LECHO FLUIDIZADO
En este procedimiento la microencapsulación se prodece al suspender las pequeñas partículas sólidas que forman al núcleo en un lecho de aire, u otro gas, al mismo tiempo que se dispersa sobre ellas, en forma de fina lluvia, una solución del material de recubrimiento. La película se forma por evaporación del solvente el cual a su vez, lo remueve el aire o el gas que abandona el sistema.
Este procedimiento lo modificó inicialmente Wiirster. El aparato en que se lleva a cabo, se denomina cámara de Wiirster y consiste en una columna vertical, estrecha en la parte inferior y más ancha en la superior. La microencapsulación se realiza introduciendo una corriente de aire desde el fondo; la velocidad del aire en la parte más estrecha de la columna es considerable, de tal manera, que las partículas que van entrando en esta zona, son de inmediato levantadas hacia la parte superior. En la parte más ancha de la columna, la velocidad del aire disminuye notablemente, haciendo que el aire no sea capaz de sostener las partículas en suspensión, provocando la caída de estas hacia la zona central o región de trabajo. La velocidad de la corriente en la zona de trabajo puede ser regulada mediante toberas colocadas a una cierta altura.
19
La cámara donde se desarrolla el proceso puede construirse de metal, acero inoxidable, vidio o plástico. En su parte inferior, se encuentra una malla o tamiz inclinado, que recibe la alimentación del material a recubrir en la parte inferior del plano inclinado. Por debajo de la malla se encuentra un sistema que inyecta aire a determinada presión. También en la parte inferior se encuentran algunos dispositivos de calefacción que permiten dar al aire la temperatura deseada.
El material de recubrimiento se inyecta en forma de fina atomización en el interior de la cámara y en una posición inmediatamente debajo de la región de trabajo de la columna, sin embargo su ubicación puede ser variada de acuerdo a las necesidades del trabajo.
Para efectuar el recubrimiento, se introducen las partículas en la parte alta de la malla que se encuentra dentro de la columna; allí las toma inmediatamente la corriente de aire que viene desde el fondo y las levanta hasta la zona de trabajo, donde adquieren un movimiento de turbulencia particularmente adecuado para efectuar el recubrimiento. Se inyecta a continuación la solución finamente atomizado, el cual se va depositando sobre las partículas y construyendo sobre ellas la cubierta. Cuando las partículas alcanzan un cierto grado de recubrimiento, sobrepasan el peso que soporta la columna de aire y caen sobre la malla, deslizandose en el plano inclinado hacia la zona de salida donde pueden retirarse.
El grosor de la cubierta de los microgránulos y las características del producto final, dependen en forma importante del tamaño de las partículas de partida, concentración de la solución de recubrimiento, naturaleza del solvente utilizado para disolver el material que forma la película, velocidad de atomización, y la velocidad y temperatura de aire que se aplica durante el proceso.
La microencapsulación por recubrimiento en el lecho fluidizado se aplica para el recubrimiento de numerosas sustancias en la Tecnología de Alimentos.
6.4. MICROENCAPSULACION POR COACERVACION.
La coacervación es un procedimiento relativamente nuevo, es un fenómeno que está con las sustancias coloidales. Un sistema coloidal está constituido por dos fases, una líquida continua y otra altamente dispersa en el líquido, formandose partículas de tamaño entre 0.001 a 0.05 rnicras. En algunas ocasiones, la modificación de algunas características, en un sistema coloidal, tales como cambio en el pH o la adición de una sal, puede disminuir la solubilidad de la macromolécula, provocando su separación en una nueva fase. De manera que pueden distinguirse, en este sistema, dos zonas, una rica en sustacia coloidal y la otra que tiene una baja porción de la macromolécula. En la fase rica en coloide la macromolécula puede quedar constituyendo una fase en forma de pequeñas gotas al estado líquido. Este fenómeno se denomina coacervación y las pequeñas gotas forman el estrato líquido llamado coacervato.
20
La coacervación se ha definido como la separación de un sólido liófilico en forma de gotas líquidas en vez de constituir agregados sólidos. Se distinguen dos tipos de coacervación, la denominada coacervación simple y compleja. La simple ocurre cuando el sistema contiene solamente una sustancia coloidal como soluto, mientras que la compleja se produce en sistemas que contienen más de un coloide.
Para poder efectuar la microencapsulación por coacervación es necesario que, una vez producida la separación de fases, se encuentre en la interfase el material formador del núcleo para que el polímero se deposite formado una película sobre él.
Esto ocurre si el polímero es capaz de absorberse en la interfase formada entre el núcleo y la fase líquida del sistema.
6.5. DESCRIPCION DEL PROCESO DE MICROENCAPSULACION DE UNA EMULSION MULTIPLE
Este proceso se describe con detalle en las siguientes ilustraciones, así como las materias primas:
I DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO I
MATERIA PRIMA
PREPARACION DE LA MATERIA PRIMA c + FLUIDO MARCANTE I SOLUCION QUE 1 FORMA LA PELICULA I *
EMULSIFICADOR
1 COACERVACION
O SECADO POR ASPERSION
1
.c SEPARACION
I ENVASADO I
21
6.6. PRUEBAS DE LABORATORIO
Dentro de las actividades a realizar en el laboratorio se establecen las siguientes:
a) Tratamiento de la materia prima
-Preparación y limpieza de la goma de mezquite.
b) Preparación de la emulsión sencilla W / O.
c) Pruebas de estabilidad de la emulsión W / O.
- Determinación del diámetro promedio de partícula. - Exposición a altas y bajas temperaturas.
d) Preparación de la emulsión W / O / W.
e) Pruebas de estabilidad de la emulsión W / O / W.
- Determinación del diámetro promedio de partícula.
f) Obtención de la microcapsula de emulsión múltiple.
1 .- Coacervación compleja. 2.- Secado por Aspersión ( Atomización ).
g) Caracterización de la microcapsula.
- Tamaño de partícula. - Comportamiento en medio acuoso. - Pruebas de bioasimilación. - Degradación
e pH s4 Nitratos y fosfatos o Luz directa del sol. + Agua salobre.
22
6.6.1. ESPECIFICACIONES DE LAS PRUEBAS
a) Tratamiento de la materia prima
- Purificación de la goma de mezquite.- Los exudados de goma de mezquite recolectados en forma de lágrimas de las ramas y troncos de mezquite, se someten a un proceso de purificación.
Las gomas en lágrimas se limpian manualmente de materias extrañas ( corteza, hojas , piedrecillas ) y se separan en distintos grados según su color, utilizando aquellas de color más claro. Las lágrimas se pulverizan en un molino de rotacidn, a continuación se forman soluciones acuosas diluidas de las gomas en agua destilada en un rango de temperatura 60-70 "C, eliminandose todas las impurezas sólidas por filtración utilizando unfiltro prensa. Las soluciones obtenidas son secadas en una estufa de convección forzada ( Felisa ) a 50" C por 24 horas, o utilizando un secador por aspersión a 160- 170 "C y 1 atm de presión.( 18)
b) Preparación de la emulsión sencilla W / O.
Debido a que las propiedades de las emulsiones se ven afectadas por el método de preparación se propone un método estandarizado, empleando porcentajes de la fase dispersa ( colorante de betabel ) entre un 30 y 70 YO ya que en emulsiones múltiples del tipo W / O / W ( agua-aceite-agua ), existe un equilibrio entre la presión hidrostática de la fase acuosa externa y la presión osmótica de la fase acuosa interna, además de existir un balance adecuado entre la concentración y la relación de agentes emulsificantes ( lecitina de (soya y span ) y una concentración suficiente de la fase oleosa ( oleorresina ) FIGURA 3. (19)
La emulsión simple se lleva a cabo agregando colorante de betabel o rojo carmín ( colorante de cochinilla ) disuelto en agua a diferentes concentraciones, para
posteriormente añadirlo a la fase oleosa o continua ( span + lecitina + oleorresina ), la emulsión se coloca en un homogenizador Silverson L4R, realizando pruebas de agitación ( rpm - tiempo ) para obtener mejor estabilidad.
Método de dilución. La capacidad que tenga una emulsión de dispersarse en aceite o agua sirve para determinar el tipo de emulsión.
23
FIGURA 3
I
Representación esquemática de la formación de una emulsión múltiple ( agua-aceite-
estable. Presión hidrostática- Presión osmótica equilibrada. agua)
c) Pruebas de estabilidad de emulsión W / O.
Se va determinar el diámetro promedio de partícula de la siguiente manera:
En primera instancia se medirá el diámetro promedio de partícula utilizando un Droplet and particule size analyser, Malvern Series 2600. En el caso de contar con dicho aparato se puede utilizar un microscopio electrónico para determinar un diametro aparante analiticamente por medio de la siguiente expresión:
Y2
D m = ( C N i D i / N i ) donde Ni = No. de partículas.
Como pruebas alternativas que se pueden realizar para determinar la’estabilidad de la emulsión W / O son las que a continuación se explican.
A la emulsión W / O se le determinará el pH por medio de un potenciometro Conductronic Mod. 20, para un rango de estabilidad 4-7.
24
La viscosidad se determinará por medio de un viscosimetro de laboratorio ( viscosimetro de placa y cono o tubos concentricos ).
Para la obtención de una emulsión estable se realizarán experimentos variando la agitación en un rango de 20,000 a 50,000 rpm. en diferentes intervalos de tiempos ( 5,10,15, ... etc,min).
El método de exposición a altas o bajas temperaturas consiste; en someter las emulsiones a diferentes temperaturas durante el periodo de almacenamiento. Las muestras después son analizadas en cuanto en los parametros se considere importantes en cada emulsión ( rompimiento de la emulsión, degradación del pigmento, etc).
Bennett et al. nos dice que un incremento de 10" C en la temperatura se considera al doble de la proporción de la mayoría de las reacciones. Además tres meses a 45-50 O C es equivalente a un año de 20-25 O C para cualquier sistema, las altas temperaturas aceleran meramente el mecanismo de inestabilidad el cual opera a bajas temperaturas.
Los datos en la bibliografia sobre la influencia de la temperatura parecer estar en conflicto. Esto es probablemente por que diferentes trabajos han usado diferentes sistemas de emulsión. Bennett et al, reconoce que los calentamientos, pueden causar en la fase externa de la emulsión discontinuidad en la membrana del aceite, también cambiar el balance de solubilidad del sufactante y facilita las reacciones químicas. Los cambios en el emulsificante son extremadamente importantes. También la investigación realizada por Shinoda, han demostrado que los cambios de temperatura afectan la solubilización del hidrocabono en dispersión acuosa.
Lo básico de estas observaciones í ü é una mezcla de aceite, hidrocarbono y agua en una emulsión aceite / agua y bajas temperaturas. Como la temperatura eleva la hidratación del segmento hidrofílico de las móleculas del emulsificante, y de esta manera abastece el carácter lipofilico y el HLB disminuye. En algunas temperaturas intermedias las carateristicas hidrofilicas y lipofilicas solo se balancea y no es formada una emulsión, con la temperatura es incrementada, las carateristicas hidrofilicas predominan y una emulsión agua / aceite es formada. De esta manera incrementa la inversión de la emulsión que puede ser afectada y ésta es usualmente asociada con los cambios de la consistencia de la emulsión. Por lo tanto la inversión esta favorecida por el incremento de la temperatura.
Shinoda en algunos de sus trabajos reporta que los patrones de la solubilidad pueden alterarse a temperaturas a bajo de la ambiental. Los agentes emulsificantes pueden causar super enfriamiento en la fase dispersa, los efectos pueden ser significativos en las emulsiones aceite / agua que en las emulsiones agua / aceite, por ejemplo: los cristales de hielo en una emulsión aceite / agua crecen en el punto de congelamiento dando como resultado el rompimiento de la emulsión con el paso del tiempo.
25
d) Preparación de la emulsión W / O / W.
Para distinguir una emulsión ordinaria o sencilla de una emulsión múltiple se puede hacer en base a las características morfológicas de cada una de ellas.
Una emulsión sencilla está compuesta por dos fases y la múltiple por tres. Por lo tanto con hacer observaciones al microscopio de las emulsiones,y así se pueden clasificar. ( Figuras 4 y 5 )
FIGURA 4
Fotografia al microscopio de una emulsión sencilla del tipo agua / aceite
26
La formación de la emulsión múltiple, donde la emulsión sencilla se agrega gota a gota se lleva a cabo en el homogenizador Silverson L4R que contiene una dispersión de goma de mezquite al 15 YO en agua.
e) Pruebas de estabilidad de la emulsión W / O / W. Se determinará el diámetro promedio de partícula análogo al inciso c).
9 Obtención de la microcapsula de una emulsión
1.- Coacervación compleja.
Es uno de los procesos comúnmente empleados en sistemas que contienen goma de mezquite o goma arábiga como sustancias coloidales que se unen para formar la membrana de la microcápsula.
El procedimiento de microencapsulación por coacervación puede resumirse como sigue:
a) Se prepara un sistema goma de mezquite-agua como fase continua y la emulsión W / O como fase dispersa.
b) Se modifica las caracteristicas del medio coloidal para producir la coacervación
27
( cambio de pH ).
C ) Se deposita el coloide en forma de membrana continua alrededor de la emulsión W / O que contituye el núcleo.
d) Se endurece la cubierta depositada sobre el material microencapsulado. (1 7)
2.- Secado por Aspersión ( Atomización).
En este procedimiento de microencapsulación se utilizará un secador ( Buchi 190 ); este procedimiento consiste en el bombeo del fluido ( emulsión W i O i W ) a travez de una esprea que gira a velocidades altas, con esto se consigue disgregar el líquido en forma de finas gotas sobre una corriente de aire caliente produciendo una rápida evaporación del agua, formandose una fina película de recubrimiento alrededor del núcleo, quedando como resultado un producto en forma de polvo.
[SE 11
6.6.2. RESULTADOS EXPERIMENTALES
En las pruebas de laboratorio se utilizarón varias alternativas para la obtención de la emulsión W / O, como el tipo de emuisificante ( span 80, 60 y 85 ) y variando los porcentajes de la fase dispersa y la fase continua.
PRUEBAS EXPERIMENTALES CON EL EMULSIFICANTE SPAN 60.
Nota: En el experimento No. 5 se tiene una mezcla de span 60 y 85 con un porcentaje de 40 y 60% respctivamente
PROCEDIMIENTO
Se prepara una solución de agua más colorante ( rojo carmín o colorante de betabel ) y se mantiene en agitación constante, posteriormente se le adiciona la oleorresina y el emulsificante, la mezcla se calienta hasta 50°C en un periodo de 8 minutos, ya que se encuentra disuelto el emulsificante, se adiciona la lecitina y se mantiene en agitación por
28
un periodo de 5 minutos, colocando la mezcla en el hornogenizador Silverson L-IR, y agregando gota a gota el aceite.
PRUEBAS EXPERIMENTALES CON EL EMULSIFICANTE SPAN 85
PROCEDIMIENTO
En la cantidad de agua se adiciona el colorante para disolverlo durante 5 minutos, se le agrega a la solución acuosa gota a gota el emulsificante y se agita durante 5 minutos.
En un vaso de precipitados se coloca el aceite y se le agrega la cantidad de oleorresina disolviendola por agitación vigorosa.
A la fase dispersa se le va adicionando gota a gota la fase continua.
PRUEBAS EXPERIMENTALES CON EL EMULSIFICANTE SPAN 80
( * ) Hasta la toma de propiedades ( densidad y viscosidad )
29
PROCEDIMIENTO
Se disuelve el colorante en la cantidad de agua por agitación durante 5 minutos. agregando el emulsificante gota a gota con la lecitina durante el periodo de agitación.
En la fase oleosa se agrega la oleorresina disolviendola durante 10 minutos por agitación, posteriormente se coloca en el homogenizador Silverson L J R . con una velocidad de agitación baja ( 2300 rpm ), adicionando gota a gota la fase acuosa.
RESULTADOS
Las pruebas realizadas con el span 60 dieron como resultado emulsiones consistentes con un periodo de estabilidad alto.
Se realizaron pruebas de solubilidad de la emulsión, tanto en agua como en aceite resultando solubles en agua e insolubles en aceite, menos el experimento No. 4, pero su estabilidad es muy baja ( 0.05 hr ); las emulsiones solubles en agua se contraponen con el objetivo.
En relación con las pruebas realizadas con el span 85, las emulsiones obtenidas muestran una estabilidad mínima, observandose la formación de dos fases en poco tiempo.
En conclusión el span 80 es el adecuado para las concentraciones de las fase dispersa ( 40 Yo ) y la continua ( 60 % ) ya que contiene un HLB de 4.3 lo que proporciona estabilidad e insolubilidad en medio acuoso, observadose en los resultados obtenidos, lo cual es necesario para la prepareción de la emulsión múltiple y posteriormente la microencapsulación.
Para determinar la estabilidad con span 80 se expusieron muestras de 30 m1 de la emulsión a bajas y altas temperaturas obteniendose los siguientes resultados:
TEMPERATURA ESTABILIDAD
0°C 20 DIAS
80°C 40 MINUTOS
A bajas temperaturas se pudieron observar dos fases después de 20 dias y en el punto de ebullición, la emulsión se mantuvo por 40 minutos sin que se notara separación alguna. después de los 60" C la emulsión ligeramente se obscurese.
Para medir la protección que le brindamos a los pigmentos, se realizarón pruebas con el colorímetro ( Hunter Lab ); en la cual se observó que la goma de mezquite brinda una mejor protección contra la degradación; dicho comportamiento queda visualizado en la siguiente gráfica. ( Gráfica IV ).
30
GRAFICA DE LA DEGRADACION DEL COLOR ROJO A COLOR AMARILLO
r
201-""-
10 - I
j * MicroMez + MicroArab * ErnulMez 5 j ++ EmulArab
O 80 152 224 344
Tiempo (hr)
VII. DATOS PARA EL DISEÑO
7.1. MICROENCAPSULACION
En este caso de microencapsulación la oleorresina de flor de cempasúchil y el colorante de betabel, son suseptibles a la degradación por la acción de oxígeno y vapor de agua. la pared que cubre al núcleo no puede proveer una barrera perfecta para evitar esta degradación. Por esta razón es necesario conocer las propiedades físicas, químicas y de transporte de los componentes de la microcapsula.
7.2. OBTENCION DE DATOS PARA EL DISEÑO
Los datos para diseño, de los pigmentos y emulsificantes son los siguientes:
PROPIEDADES
-Color rojo de betabel en polvo ( beiufuínus)
Polvo color rojo soluble en agua
ESPECIFICACIONES
Fisico- químicas:
HUMEDAD ( Yo ) ""
Mínimo
PH 3.6
Microbiologicas:
Cuenta total ( col / g ) Cuenta org. coliformes ( col / g ) E. coli Staphylococcus a. ( 1 g ) Salmonella Sp. ( 25 g ) Cuenta de hogos y levaduras ( col / g )
Máximo 3 .O 4.9
50,000 máx. 10 máx.
negativo. negativo. negativo. 100 máx.
31
Ingredientes:
Solido de jugo de betabel Maltodextrina Acido cítrico.
Almacenamiento:
Almacenado en un lugar fresco y seco el producto se concerva durante 6 meses.
-Pigmento amarillo (oleorresina deflor de cempasúchil)
Concentración: 63.80 g/kg Densidad: 0.934 g/ml
Indice de acidéz: 14.50 Indice de saponificación: 130.27
Indice de Peróxido: 1.25
-Diluyente (aceite de ma&)
Antioxidante: 0.013 ( de fábrica ) Indice de acidéz: 2.23
Indice de saponificación: 193.46 Indice de Peróxido: 2.46
AGENTES EMULSIFICANTES
-Goma de Acacia (Coma Arúbiga) P.M. promedio : 240,000
Viscocidad en solución al 1% en agua. Con aparato Broofield RVT 20 rpm. Viscocidad de Goma de Acacia: 5 cps.
-Goma de mezquite
La goma de mezquite es un hidrocoloide muy similar a la goma arábiga.
P.M. : 274,000
Las propiedades útiles de ambos hidrocoloides están ligadas a su interacción con las moléculas de agua y al comportamiento que exhiben al ionizarse en solución originando una macromolécula.
- Span 80 ( Mono-oleato de sorbitan)
CARACTERISTICAS GENERALES
Clasificación. Estado Físico @ 25°C.
Gravedad Especifica @ 25" C Viscosidad 9 25°C * HLB
Emulsificante no Iónico Líquido Ambar
950- 1 100 aprox 4.3
1 .O aprox.
SOLUBILIDAD
a) Soluble en la mayoría de los aceites minerales y aceites vegetales, acetato de etilo y cellosolve.
b) Ligeramente soluble en tolueno, dietil eter, dioxano, tetracloruro de carbono, anilina y mas baja en alcoholes.
c) Dispersable en agua.
d) Insoluble en acetona, propilenglicol y etilenglicol.
33
ESPECIFICACIONES
Indice de Hidróxilo Indice de Acidéz Indice de Saponificación Contenido de Agua Color, Gardner
193- 209 7.5 máximo
1 .O % máximo 149- 160
6 máximo
- Span 60 ( Monoestearato de sorbitan )
CARACTERISTICAS GENERALES
Clasificación Emulsificante No Iónico Estado Físico @ 25°C Sólido tipo cera
Gravedad Específica @ 25°C 1 .O aprox * HLB 4.7
SOLUBILIDAD
a) Arriba de su punto de fusión es soluble en Aceites Vegetales y Aceites Minerales. b) Insoluble en agua, propilen glicol y alcohol.
ESPECIFICACIONES
Indice de Hidróxilo Indice de Acidez Indice de Saponificación Contenido de Agua Color. Gardner
235- 260 10 máximo
1.5 máximo 5 máximo
147-157
* Balance Hidrófilo- Lipófilo
34
-Span 85 ( Trioleato de sorbitan )
Estado Fisico 2 25" C Líquido de color ambar Gravedad Especifica I@ 25" C 0.95 aprox Viscosidad 25" C 200 cps aprox
HLB 1.8
SOLUBILIDAD
a) Soluble en Tetracloruro de Carbono, Acetato de EtiIo y Aceite de Maíz. b) Dispersable en Agua y en Hidróxido de Sodio al 5%. c) Insoluble en Etilen Glicol, Acido Sulfúrico al 5% y sulfato de Sodio al 5%.
VIII. BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
Los balances de masa y energía están definidos por las condiciones terminales de los sólidos al final del proceso ( microcapsulas al 5 YO de humedad ).
8.1. BALANCES DE MATERIA
Respecto al balance de materia, solo se tiene el balance global que es de 96 toneladas
Por pruebas experimentales se determinó una composición de las materias primas para de pigmento microencapsulado al año ( ver 5.2.2 CAPACIDAD DE LA PLANTA).
la emulsión W / O / W: 40% fase dispersa 60% fase continua.
Los datos que acontinuación se representa los balance general del proceso
36
8.2. BALANCES DE ENERGIA
Acontinuación se muestra los balances realizados en todo el proceso de secado:
Entalpía del aire de entrada al secador = Ga ( Qa ) I
Entalpía de alimentación de entrada al secador = Ms ( Qs ) I
Entalpía del aire rociado del secador = Ga ( Qa )z Entalpía del sólido seco = Ms ( Qs )2
Ahora
Calor de entrada = calor de salida + calor perdido
Donde:
( Qs ) I : es la suma de la entalpía de el sólido seco y la entalpia de alimentación humeda.
Donde CDS = Capacidad calorifica del sólido seco Cw = Capacidad calorifica de la humedad ( en forma líquida )
Ahora la entalpía del medio de secado ( Qa ) está expresado en términos del calor húmedo, humedad absoluta, y el calor latente de vaporización del agua en su punto de congelación.
Qa = CsAt + HA
Ahora para el calor de entrada del aire ( Tref = 32 O F )
( Q a ) ] = ( 0.24 Btu / lb OF ) ( 356-32 ) OF + 0.01( 1075.2 ) ( Qa)l = 88.512 Btu / lb
La entalpia del aire de salida ( rociado )
( Qa )2 = ( 0.24 Btu / lb O F ) ( 194-32) + Hz ( 1075.2 ) ( Qa ) 2 = 38.88 + H:! ( 1075.2 ) Btu / lb
37
La entalpia de la alimentaciónque entra al secador
( QS ) I = 0.4 ( 77-32 ) + ( 0.81 lb Hz0 / lb SS ) ( 1 ) ( 77.32 ) ( QS )2 = 54.45 Btu / lb
La entalpía del producto seco a la salida del secador
( QS )l= 0.4 ( 115-32 ) + (0.0526 ) ( 1 ) ( 115-32 ) ( Qa )2 = 37.56 Btu /lb
Ahora regresando al balance general de energía, sustituyendo nos resulta la siguiente expresión:
Ga H2 = ( Ga (49.632 ) + 5313.1 ) / 1075.2 = Ga ( 0.04616 ) + 4.941
Sustituyendo la ecuacion anterior en el balance de masa se obtiene lo siguiente:
238.41 + Ga ( 0.01 ) = Ga ( 0.04616 ) + 4.941
Ga = 6456.55 lb / hr = 2934.8 kg I hr por lo tanto
de lo anterior se obtiene el siguiente resultado
H2 = 0.0469 lb Hz0 / lb SS
Ahora para obtener el tiempo de contacto tenemos
Para una camara conica de altura cilindrica ( h' ) y un angulo de cono de 60" , el volumen puede ser expresado como
V= 400 f i3
Velocidad del aire = 6456.55 lb aire I hr
Calculando el vol. @ 194 O F
cuyo flujo volumetrico es 29.5 f i3 / seg
T = 13.55 seg
IX. DISEÑO DE EQUIPO
9.1. EQUIPO MAYOR
9.1.1. BATERIA DE MEZCLADORES Y HOMOGENIZADORES
Mezclador M-124.
En el mezclador M-124 se lleva acabo la disolución del colorante ( rojo carmín o betabel ) con agua. que es la fase dispersa, para lograr posteriormente la emulsión W / O en el homogenizador M- 127.
Condición de operación
Temperatura de operación: 2.5" C Presión de diseño: 1.5 atm
Material de construcción.
Acero Inoxidable tipo 304-L (18 - 8 ) Soldado a una junta tope doble
Toleracia a la corrosión: 0.2 in / año
Mezcla con agitador de propela, consistente en un impulsor rotatorio motorizado, inmerso dentro del líquido; el agitador de propela es de flujo radial.
39
Dimensiones.
Dt : 0.7 m H : 0.77 m Da : 0.23 m J: 0.06 m E: 0.24m
Da
40
Mezclador M- 125
En este mezclador se disuelve la oleorresina en aceite, esta solución es la fase continua para la emulsión W 1 O.
Condiciones de operación:
Temperatura de operación: 25 O C Presión de diseño: 1.5 atm
Materiales de construcción:
Acero Inoxidable tipo 304-L ( 18-8 ) Toleracia a la corrosión: 0.2 in / año Soldado a una junta tope doble
Mezclador con agitador de propela, consistenye en un impulsor rotatorio motorizado. con un impulsor de flujo radial.
41
Dimensiones:
Dt: 0.78 m H: 1.00 m J: 0.066 m Da: 0.27 m E: 0.27 m
Da
42
Mezclador M-126
En este mezclador se prepara una solución al 25% de goma de mezquite que va a ser la fase continua para la emulsión W / O / W.
Condiciones de Operación: Temperatura de operación: 25" C Presión de operación: 1.5 atm
Materiales de construcción:
Acero Inoxidable tipo 304-L ( 18-8 ) Tolerancia a la corrosión: 0.2 in /afío Soldados a una junta tope doble.
Mezclador con agitador de propela, consistente de un impulsor rotatorio motorizado inmerso dentro del liquido, impulsor de flujo radial.
43
Dimensiones
H 1 1.20 m Dt : 1.00 m J 0.065 m Da : 0.34 m E : 0.34 m
44
HOMOGENIZADOR M-127
Para crear una emulsión se emplean agitadores axiales con una gran energía específica y aspas de alta velocidad, o se emplea un tubo de convección forzada con agitadores del tipo propela; o sea un forro cilíndrico abierto por los extremos y sumergido alrededor del impulsor que forza a todo el líquido que circula para que pase a través de la zona de mezcla de gran corte, cerca de las aspas de propela.
Condiciones de operación:
Temperatura de operación : 25 O C Presión de diseño: 1.5 atm
Material de construcción
Acero Inoxidable tipo 304-L (1 8-8) Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año Soldado a una junta tope doble
Dimensiones
H : 1.20m D t : lm J : 0.066 m Da : 0.34 m E : 0.34 m
Dt
Y
Homogenizador M-128
Para crear una emulsión se emplean agitadores axiales, con una gran energía específica y aspas de alta velocidad, o se emplea un tubo de convección forsada con agitadores del tipo propela; o sea un forro cilíndrico abierto por los extremos y sumergido alrededor del impulsor que forza a todo el líquido que circula para que pase a través de la zona de mezcla de gran corte, cerca de las aspas de propela.
Condiciones de operación
Temperatura de operación : 25" C Presión de diseño : 1.5 atm
Material de construcción
Acero Inoxidable tipo 304 L (1 8-8) Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año
Soldado a una junta tope doble
4 7
Dimensiones
Dt : 1.22 m Ht : 1.70 m J : 0.10 m Da : 0.41 m E : 0.41 m
Dt I I
H
4 8
9.1.2. TANQUE DE ALIMENTACION F-129
Este tanque se encuentra antes de la bomba Gaulin y tiene la función de alimentar a la cámara de secado de emulsión múltiple para operar el equipo en proceso continuo.
Condiciones de operación O
Temperatura de operación : 25°C Presión de diseño : 1.5 atm
Material de construcción
Acero inoxidable tipo 304-L (1 8-8) Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año
Soldado a una junta doble tope
4 9
DIMENSIONES
Diametro : 1.20 m Altura del cilindro : 1.7 m Altura del cono : 0.8 m Capacidad : 2000 It
Dt
5 0
9.1.3. CAMARA DE SECADO ( TORRE DE ASPERSION) B-110
En esta camara se lleva a cabo la atomización de la mezcla de alimentación mediante un aspersor, al ponerse en contacto el aire caliente con el espreado.
Condiciones de operación
Flujo de aire de entrada : 2 934 kg / hr Temperatura de entrada del aire : 180" C Temperatura de salida del aire : 90 "C Tiempo minimo de contacto ( Gas- Sólido) : 13.5 segundos
Material de construcción
Acero inoxidable tipo 304 L (1 8-8) Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año
5 1
Dimensiones
Diametro de la camara : 2.75 m Altura del cilindro : 1.1 O m Altura del cono : 7.5 m Altura total de la torre : 8.6 m
Dt
5 2
9.1.4. SISTEMA DE SEPARACION DEL PRODUCTO SECO DEL AIRE
Los ciclones constituyen uno de los medios menos costosos de recolección de polvo, tanto del punto de vista de operación como de inversión. Estos se aplican cuando se tratan partículas con diametros mayores de cinco micras. El gas dibuja una espiral descendente en el lado de afuera y ascendente en el lado interior.
Material de construcción :
Acero inoxidable tipo 304-L ( 18-8) Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año
Dimension del ciclón H-117
Dc = 0.4 m
B c = D c / 4 = 0 . 1 m
H c = D c / 2 = 0 . 2 m
LC = 2Dc = 0.8 m
Sc = Dc / 8 = 0.05
Zc = 2Dc = 0.8 m
J c = D c / 4 = 0 . 1 m
5 3
Dimensiones del ciclon H-118
Dc = 0.2 m
Bc = 0.05 m
De = 0.1 m
Hc = 0.1 m
LC = 0.4 m
Sc = 0.025 m
5 4
9.1.5. TORRE DE ROC10 D-122
Esta torre esta diseñada para recuperar los polvos que no se lograron separar completamente en los ciclones, esto se logra por medio de un rocio de agua el cual atrapara los solidos contenidos en el aire, el agua se recircula por medio de un tanque de recepción y una bomba centrhga.
Condiciones de operación
Temperatura de operación : 25 O C
Presión de operación : presión atmosferica.
Material de construcción
Acero inoxidable del tipo 304- L ( 18-8)
Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año
Soldado a junta doble tope
Dimensiones
Altura del cilindro : 2 m
Altura del cono : 0.3 m
Diametro : 0.5 M
TORRE DE ROC10
Dt
-
A ci
"
A co
-
9.1.6. TANQUE DE RECEPCION F- 121
Este tanque tiene la función de recibir el agua que proviene de la torre de rocio D- 122 y proveer a la bomba centrifuga para recircular el agua.
Materiales de construcción
Acero inoxidable del tipo 304- L (1 8-8)
Tolerancia a la corrosión 0.2 in / año
Soldado a una junta tope doble
Dimensiones
Diametro : 0.5 m
Altura del cilindro : 1 m
Altura del cono : 0.3 m
Dt
5 7
9.2. EQUIPO AUXILIAR
Los equipos auxiliares se detallan en la tabla del costo de equipo auxiliar ( Ver 10.3.1 costo del equipo ) , así como su especificación de potencia y unidades necesarias.
5 8
X. EVALUACION ECONOMICA DEL PROYECTO
10.1. ESPACIO NECESARIO Y DISTRIBUCION DE LA PLANTA
El espacio necesario y la distribución interna de la planta se encuentra en el Diagrama 1, el espacio nesario es de 9000 m2 con una área de producción de 900 m’ y una ampliación proyectada de 61 5 m*.
10.2. PERSONAL NECESARIO
El personal necesario para laborar la planta, tanto en lo administrativo como en la operación del equipo es el siguiente:
Director General Gerente de Producción Gerente Marketing Gerente de Ventas Gerente de Personal Ingeniero de Calidad Ingeniero Supervisor Ingeniero de Mantenimiento Jefe de Almacén Contador Mantenimiento Recepcionista Operarios Vigilantes Secretarias Almacenista Choferes Intendencia
Sueldo / mes N$ 7,000.00 N$3,000.00 N$4,500.00 N$ 5,500.00 N$4,500.00 N$2,800.00 N$ 3,000.00 N$3,000.00 N$2,600.00 N$ 3,000.00
4 ( N$ 900.00 ) N$ 1,400.00
6 ( N$ 800.00 ) 4 ( N$ 1,600.00 ) 6 ( N$ 1,800.00 ) 2 ( N $ 1,100.00 ) 2 ( N$ 1,400.00 ) 4 ( N$ 700.00 )
Total N$75,900.00 / mes
59
c c F
L
C C
C r
C F
Li
C r
c c
DIAGRAMA 1
DISTRIBUCION INTERNA DE LA PLANTA
v) N
10.3. INVERSION TOTAL
En esta sección se desarrolla el análisis de costos del equipo mayor y auxiliar, y a partir de esta estimación se evaluarán los costos directos e indirectos. Estos serán la base para obtener el flujo de capital total y enseguida evaluar la rentabilidad del proyecto.
10.3.1. INVERSION FIJA.
Es aquel capital que está inmóvil desde el punto de vista financiero, esto significa que vez gastado el dinero no puede convertirse rápidamente en efectivo o en algún otro activo.
COSTO DEL EQUIPO MAYOR
A continuación se enlista el equipo mayor contenido en el diagrama de bloques del proceso
-Secador por aspersión - Recipientes de proceso (5 unidades) Capacidad : 300 It
500 It 800 It 1000 It 2000 It
- Tanque de Almacenamiento para gas LP. Capacidad : 5000 It
- Bombas Centríhgas ( 4 unidades) Cabezal : 1 HP (2 unidades) 2 HP (2 unidades)
- Tanque de Almacenamiento para agua. Capacidad: 5000 It
Tomando como base las gráficas contenidas en (23) para la estimación de costos, se aplica la siguiente relación:
C pr = C ps ( I r / Is) (23)
Donde C pr= Costo al año silicitado, con su índice (CE) , Ir
C ps= Costo a un año específico , determinado con su respectivo índice Is
60
Para este caso, el índice CE del Chemical Eng. (Dic 1994) , es de 536 ( La reportada en Ulrich (23) es de 3 15 y corresponde a 1982).
Se obtienen los siguientes datos:
COSTO DEL EQUIPO MAYOR
__ " . . Secador " por aspersion 100 lt/hr 50,000 300 It 664.00
- Recipientes de Droceso
.. -
." "" . - ." " 500 It 1122.00 -. - " 800 It 1770.00
l_ll___- __I ,
. > ""_ .- 1000 It 22 12.00
"- I 2000 It 33 18.00
. . . -. " " I 5000 It 3233.00 Tanque de almacenamiento (agua) !
Tanque de almacenamiento (aceite) "
. . ... " 5000 It 2297.00 ___"_ "" _ _ _ ~ _ _ _ . .
Total de equipo mayor ( CP mayor ) = 64,615.00 USD
COSTO DEL EQUIPO AUXILIAR
Bombas centrifugas I 1/2 HP (4Bombas) i i para agua
.372KW 178.00 c/u .. " ". " ""
Bombas centrifugas i 2 HP (2 Bombas) para aceite 1.4914KW 427.00 c/u
- - - - "" ~ "_l_
Quemador de gas 6786.00 . " - . " -. -. - ..-. " " . - _"
Ventiladores 12 HP ( 3 Ventiladores)
[ para aire 6500.00 c/u .. . .. . .". - " " .. .. _ _ _ _ " I 9KW
Filtros I para aire "". 0.5 x 0.5 50.00 c/u "-
i
61
Total de equipo auxiliar ( Cp auxiliar) =26,991 .O0
El costo total del equipo es:
Cp mayor + Cp auxiliar = C p total
Cp total = 9 1,606.00 USD
Multiplicando este valor por el factor de Lang = 4
Tomando el criterio que al multiplicar por este factor la suma total de los costos de todo el equipo contenido en el diagrama de flujo del proceso, se obtiene el costo total de la planta. ( 23 )
Se obtiene el costo total de la planta
Cp total planta= 366,424.00 USD
Este costo es ligeramente mayor al obtenido en la siguiente tabla, en la cual se desglozan los gastos por concepto.
( Incluyendo costo del agua ) Mano de obra 105 30,240
( Incluye mantenimiento ) Combustible 0.5 144 otros gastos 100,000 100,000 1 ( Incluyendo el terreno
I TOTAL 100,880.5 353,584
Si las ventas son de 96 toneladas al año y el costo es de 6 usd por kG de pigmento microencapsulado
El valor de las ventas (V) es
576,000.00 USD / AÑO
62
EL CAPITAL DE TRABAJO ( Ct ) El capital de trabajo es aquél que debe invertirse para que la operación de la planta sea
productiva. El capital de trabajo puede aproximarse al valor de inventario por un mes de materias primas y al inventario por tres meses de producto. Para estimados del diseño, nos apoyaremos en el criterio de Holland et al.( 1986 ), tomados del AIChE ( 24 ). El capital de trabajo ( Ct ) es el 30% de las ventas anuales, por lo tanto, el capital de trabajo se obtiene de la siguiente manera:
Ct= 3V= 172,800.00 USD / AÑO
EL CAPITAL TOTAL
El capital total equivale a la suma del capital fijo y del capital de trabajo. Este capital representa la cantidad de dinero que deben proporcionar los inversionistas, en este caso considerando el terreno.
CT= Ct + Cp Total Planta = 539,224.00 USD
10.3.2. UTILIDADES
La utilidad bruta ( Ub ) se calcula con la siguiente relación:
Ub= V- Ct= 403,200.00 USD
Si se estima el impuesto sobre la renta en 20%
La Utilidad Neta o Ganancia Neta ( Un ) se encuentra por la siguiente relación:
Un = Ub- ( Ub X 0.2 ) = 322,560 USD
10.3.3 FACTIBILIDAD Y RENTABILIDAD DEL PROYECTO
El retorno anual sobre lo invertido ( RAI ) se calcula con la relacion
MI= 1 0 0 ( U n / C T ) = 6 0 %
63
La tasa de rendimiento minima atractiva se obtiene por la relacion
TREMA = Interes bancario + % seguridad ( inflación, depreciación, etc. )
T E M A = 35% +20% = 55 Yo
R A I > TREMA
EL PROYECTO ES ECONOMICAMENTE FACTIBLE Y RENTABLE
EL TIEMPO DE PAGO DE LA INVERSION ( Tp )
Para considerar el tiempo de pago ( Tp ) de la inversión o capital total, se utiliza la siguiente relación:
Tp = CT / Un= 1.7 AÑOS
Esto significa que la inversión será restituida en 1.7 años.
64
XI. CONCLUSION
Los resultados obtenidos en la experimentación indican que los efectos degradantes ( luz directa del sol, humedad ) disminuyen al utilizar la goma de mezquite como material encapsulante en lugar de goma de arabiga, ofreciendo la s características necesarias para incluir las microencapsulas en la dieta del camarón ( Peneaus Vannamei ), como es la estabilidad del color de dicha emulsión.
En la evaluación económica determinamos que nuestro proyecto es economicamente factible y rentable para los inversionistas. Debido que nuestro equipo tiene una gran versatilidad, ya que se puede utilizar para la deshidratación de diversos productos alimenticios que pueden contener 50% de sólidos o más dentro de la solución a tratar ( leche, saborizantes, etc ); también ofrece la ventaja de hacer este proyecto que inicialmente se plantea como " batch " en un proceso continuo, para incrementar la producción si se necesitara.
65
XII. BIBLIOGRAFIA
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( 2 ) Quackenbush F. W. ( 1972 ). Composition and Analysis of the Carotenoids in Marigold Petals, J. of AOAC. 55 ( 3 ).
( 3 ) T.W. Goodwin. Talbot H. Waterman. Tomo Y. Capitulo 3. Biochemistry of Pigments.
( 4 ) Gran Enciclopedia del Mundo. Editorial Marín. 4-694.
( 5 ) T.W. Goodwin. Metobolism, Nutrition, and Function of Carotenoids.
( 6 ) Gran Enciclopedia del Mundo. Editorial Marín. 9-594.
( 7 ) Sara J. Risch, Gary A. Reineccius. ACS Symposium Series Flaivor encapsulation. American Chemical Society. W. D. C. 1988.
( 8 ) Anuario Estadístico de la Producción Agrícola de los Estados Unidos Mexicanos. Dirección General de Economía Agrícola. SARH. 1989 y 1990.
( 9 ) Anuario Estadístico del Estado de Sinaloa. Perfil Sociodemografico. INEGI. 1992.
( 10 ) Davis, J. Weedon. Chemestry of the carotenoids. Proc. Chem. Soc. 261.
( 1 1 ) Effect of sterified olleoresin of Aztec Marigold ( tagetes Erecta ) in the pigmentation of the Pacific White Shrimp ( Penaeus vannamei ). José Luis Arredondo Figueroa, Jaime Vernon Carter.
( 12 ) En 10 años, la recuperación del sector pesquero. El Financiero. Hernandez U 14 de Marzo de 1994. pp 3 5.
( 13 ) Alejandro Díaz-Acosta, Pedro Díaz-Acosta. Manisfestación de Impacto Ambiental. El Esterito de Pijiapan. S. C. L.
( 14 ) Diplomado en el ciclo de vida de los proyectos de inversión. Nacional Financiera.
( 15 ) Indicadores de la producción pesquera. Dic. 1993. Dirección General de Informática y Registros pesqueros. SEPESCA.
( 16 ) Alemán-Cruz. Obtención de colorante rojo a partir de betabel. UAM-I. CBI 03.7.19..?
66
( 17 ) Diseño de un reometro interfacial y su aplicación en interfases aceite-agua incorporando goma arábiga o de mezquite y complejos de goma de mezquite-
gelatina. Hugo Jarquín Caballero. Méx. D.F. 1989. UAM-I. CBI. 53. 7. 1989. C.2.
( 18 ) Avances en Ing. Química 1986. Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ing. Química, A. C.
( 19 ) Avances en Ing. Química 1992. Algunos factores que afectan la formación y estabilidad de emulsiones múltiples incoorporando agentes pliméricos. E. J. Vernon-Carter, D.L. Villagomez-Savala, M. G. Vizcarra-Mendoza, R. S. Ruíz-Martinez. Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ing. Química, A. C.
( 20 ) Manual para proveedores CANAMEX, S.A. DE C.V.
( 21 ) Introducción a la Química de superficies y coloides. Shaw, D.J.D. ( 1970 ). Editorial Alambra.
( 22) Introducción a la ciencia de los Alimentos. Fenneman, O. R. ( 1982 ). Editorial Reverté S.A.
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( 24 ) Cost Estimation Methods. Profitability Analisis. T. J Word. Modular Instuction Series, G 1.2, G 1.3 AIChE.
67
XIII. APENDICE
68
APENDICE A.
COMPOSICION DE LAS DIETAS
I
MINERAL
1 VlTAMlNA
2 L 1
2 2 LEClTlNA DE
3 3 C.4RBIXIMETIL
2
BICARBONATO 2 50 2 50
GRENETINA 4 4
PREMIX 2
2 2
2 2
2 2 2
3 3 3
2
2
PREMIX
CELULOSA
2
3
S O Y A 2
2 50
4
DE SODIO 2.50 2 5 0 2.50
4 4 4 I
PIGMENTO I o 2 7 1 3
Nota: Esta tabla de proporción corresponde a una dieta experimental en la cual se disminuye el porcentaje de la harina de soya y se aumenta el del pigmento microencapsulado. ( I I )
69
APENDICE B.
LOCALIZACION GEOGRAFICA DE ZONAS DE MEZQUITE EN LA REPUBLICA MEXICANA. ( 17 )
REPUBLICA MEXICANA
- I
70
APENDICE C.
SITUACION GEOGRAFICA DEL ESTADO DE SINALOA
UBICACION GEOGRAFICA
Coordenadas geograficas externas
Porcentaje territorial
Colindancias
AI norte 27 03’, al sur 22 29’ de Latitud norte, al este 105 23’, al oeste 109 27’ de longitud oeste.
El estado de Sinaloa representa el 2.9% de la superficie del país.
Sinaloa colinda al norte con Sonora y Chihuahua, al este con Durango y Nayarit al sur con Nayarit y el Océano Pacifico, y al oeste con el Golfo de California y
Sonora
71
ZL
i
APENDICE C-2
DISPONIBILIDAD DE SERVICIOS
I'
73
APENDICE C-3
CLIMAS
O C E A N 0 P d C l C l C O
E S C A U G I U r c . 1 I C O Y t T R O S
APENDICE D
CRITERIOS DE SELECCION DEL ACERO INOXIDABLE
Estos criterios se utilizaron en la selección del tipo de ecero inoxidable en el diseño de los equipos del proceso.
La selección del tipo de acero inoxidable adecuado requere una evaluzción basada en las siguientes caracteristicas. Se listan en orden de importancia:
a) Resistencia a la oxidación y a la corrosión a altas temperaturas.
- Es la principal razón para seleccionar aceros inoxidables. El diseñador debe conocer el medio bajo el cual será sometido el material.
b) Propiedades mecánicas.
- La resistencia mecánica a bajas y altas temperaturas es muy importantes. Generalmente la combinación de resistencia a la corrosión y mecánica, es la base para la selección.
c) Caracteristicas de transformación del producto.
- Cómo se fabrica el producto, es la tercer consideración incluyendo todos los procesos a los que será sometido el material.
d) Costo total.
e) Disponibilidad
- Finalmente es necesario tomar encuenta la disponibilidad del material.
Considerando los criterios antes citados se seleccionó para la fabricación del equipo, el ecero tipo 304-L; que es empleado principalmente en la industria farmaceutica.
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