Mejoramiento de las Características Físicas y Sensoriales del Camarón Congelado, Ajustando el Sistema Combinado de I. Q. F



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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción
“Mejoramiento de las Características Físicas y Sensoriales del Camarón Congelado, Ajustando el Sistema Combinado de I.Q.F. (Salmuera por Aspersión – Aire Forzado) en una Industria Camaronera”
TESIS DE GRADO

Previo a la obtención del Título de:


INGENIEROS DE ALIMENTOS

Presentada por:

Jorge Rafael Álava Gutiérrez

Sue Paola González Auhing


GUAYAQUIL – ECUADOR
Año: 2009

A G R A D E C I M I E N T O

A todas las personas que de algún modo colaboraron en la realización de este trabajo y especialmente a la Ing. Priscila Castillo S. (Directora de Tesis) y al Ing. Edgar Barzola, por su invaluable ayuda.

D E D I C A T O R I A

A DIOS

A NUESTROS PADRES



A NUESTROS HERMANOS

TRIBUNAL DE GRADUACIÓN


Ing. Francisco Andrade S. Ing. Priscila Castillo S.

DECANO DE LA FIMCP DIRECTORA DE TESIS

PRESIDENTE


Ing. Luis Miranda S.

VOCAL


DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de esta Tesis de Grado, nos corresponde exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL”


(Reglamento de Graduación de la ESPOL).

Jorge Álava Gutiérrez Sue González Auhing




RESUMEN

El presente proyecto busca mejorar las características sensoriales y físicas del camarón congelado en un sistema combinado de I.Q.F. de una industria camaronera, minimizando los tiempos de residencia en los equipos y manteniendo las temperaturas constantes de proceso, obteniendo un camarón congelado con un alto estándar de calidad.


Entre las determinantes del proceso en el equipo de Salmuera por Aspersión, se considera el porcentaje de cloruros, donde 0,51% corresponde al porcentaje ideal de ganancia de sal en el camarón que puede ser percibido por el consumidor, dicho porcentaje de sal se adquiere bajo condiciones de procesamiento de 300 segundos a -15 ºC. Otro criterio a considerar es el exudado, el cual deberá ser de 4 % para que la textura del camarón no se vea afectada.
Por otro lado, mediante una propuesta de mejoramiento del sistema de congelación será posible mantener un proceso estandarizado, además de cubrir los requerimientos del proceso tanto termodinámicos como productivos, puesto que es posible incrementar la producción de 6.000 libras hasta 8.000 libras por hora sin que existan problemas de variabilidad, es decir que existe un incremento del 33% en la productividad. Mediante un análisis de inversión-beneficio de los cambios sugeridos en dicha línea de producción el mejoramiento lograra incrementar la utilidad en un 15%.

ÍNDICE GENERAL

Pág.


RESUMEN……………………………………………………………………...

II

ÍNDICE GENERAL……………………………………………………………..

III

ABREVIATURAS……………………………………………………………….

VII

SIMBOLOGÍA…………………………………………………………………..

VIII

ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………

IX

ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………...

XII

ÍNDICE DE PLANOS…………………………………………………………..

XIV

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………

1




CapÍtulo 1




  1. GENERALIDADES………………………………………………………….

2

    1. Materia Prima…………………………………………………………..

2

      1. Composición Química del Camarón………………………….

10

      1. Uso de Metabisulfito y Desinfectantes……………………….

11

        1. Concentraciones Recomendadas…………………..

12

        1. Normativa – Especificaciones……………………….

12

    1. Proceso de Congelación……………………………………………...

13

      1. Sistema I.Q.F……………………………………………………

14

        1. Ventajas en la Industria de Alimentos………………

15

      1. Principios de Refrigeración……………………………………

16

    1. Producto Final………………………………………………………….

18

      1. Mercados del Camarón Ecuatoriano…………………………

18

      1. Valor Agregado en Camarón………………………………….

20




CapÍtulo 2




  1. situaciÓn actual De LA INDUSTRIA EMPACADORA DE CAMARÓN………………………………………………………………….

23

    1. Sistema Combinado de Congelación Rápida (Salmuera por Aspersión y Aire Forzado……………………………………………

23

      1. Capacidades de Producción Actuales……………………….

28

    1. Descripción de Equipos……………………………………………….

30

      1. Salmuera por Aspersión……………………………………….

30

        1. Preparación y Recarga de la Salmuera…………….

33

        1. Propiedades Físicas y Termodinámicas……………

36

      1. Aire Forzado…………………………………………………….

37

        1. Temperaturas y Tiempos del Proceso……………...

39

    1. Descripción del Proceso………………………………………………

40

      1. Esquema de Línea de I.Q.F…………………………………...

44

        1. Análisis del Sistema de Frío Actual de la Planta….

48

    1. Evaluación de los Equipos Combinados frente a las Características de Calidad del Camarón Congelado………………

51



CapÍtulo 3




  1. EVALUACIÓN FÍSICA Y SENSORIAL DEL CAMARÓN CONGELADO EN EL SISTEMA COMBINADO ………………………..

54

    1. Estudio de la Concentración de Salmuera Adquirida por el

Camarón vs Tiempo de Residencia en el Equipo de Salmuera

por Aspersión………………………………………………………….



56

      1. Determinación de Cloruros por Método Químico…………...

57

      1. Evaluación del Sabor por Método Sensorial………………..

62

    1. Análisis del Tiempo de Vida Útil de la Salmuera…………………

72

      1. Efecto en el Camarón y su Influencia en el Proceso………

73

    1. Evaluación de la Textura del Camarón en el Equipo por Aire Forzado………………………………………………………………..

77

      1. Formación de Cristales y su Efecto en el Tejido del

Camarón Congelado ………………………………………….

78

3.4. Interpretación de los Resultados…………………………………….

83




CAPÍTULO 4




  1. PROPUESTA DEL SISTEMA DE FRÍO EN EL EQUIPO

ASPERSIÓN CON SALMUERA ………………………………………...

86

    1. Cálculos del Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor …

86

      1. Carga del Refrigerante ………………………………………..

92

      1. Potencia Nominal y Utilizada …………………………………

95

    1. Análisis de la Potencia de los Compresores Actuales vs lo Requerido por el Proceso…………………………………………...

98

      1. Propuesta del Sistema de Compresión……………………..

107

    1. Plano del Sistema de Refrigeración Propuesto……………………

115




CapÍtulo 5




  1. Estandarización deLproceso I.Q.F. del SISTEMA………...

116

    1. Análisis de los Resultados Obtenidos ……………………………..

117

    1. Esquema de la Línea Propuesta ……………………………………

119

    1. Método de Operación…………………………………………………

121

      1. Metodología para el Manejo de la Salmuera……………….

123

      1. Controles Físico-Químicos y Microbiológicos / Salmuera …

125

    1. Análisis Inversión – Beneficio de los Cambios Propuestos………

128

      1. Capacidad Teórica de Congelación Alcanzada por el Sistema Combinado …………………………………………

129

      1. Aumento de la Capacidad de Congelación en las Placas…

131




CapÍtulo 6




  1. Conclusiones y RECOMENDACIONES…………………………….

134

ANEXOS




BIBLIOGRAFÍA




ABREVIATURAS




I.Q.F.

Individually Quick Frozen

h

Hora

kg.

Kilogramos

L.

Litros

min.

Minutos

ml

Mililitros

p-h

Presión - Entalpia

p.p.m.

Parte por millón

seg.

Segundos

ºT

Temperatura

ºB

Grados Baume

SIMBOLOGÍA




BHP

Brake Horse Power, Energía

Cp.

Calor específico, Energía

HP

Horse Power, Potencia

Kcal

Kilocalorías, Energía

Kw

Kilowatios, Energía

m

Masa

m2

Área

P

Presión

PD

Presión de descarga

PS

Presión de succión

psi

Pulgadas de presión

Q

Calor

QL

Calor latente

QS

Calor sensible

TR

Toneladas de refrigerante

ρ

Densidad

∆h

Delta de entalpía

∆T

Delta de temperatura

ºC

Grados centígrados



ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.



Figura 1.1.

Camarón Blanco Penaeus Vannamei………………………

2

Figura 1.2.

Tonalidades del Camarón, Crudo y Cocido………………..

4

Figura 1.3.

Tallas del Camarón sin Cabeza “Cola”…………….............

7

Figura 1.4.

Uniformidades del Camarón según su Talla……………….

8

Figura 1.5.

Equipos de Congelación…………………………………......

14

Figura 1.6.

Diagrama de un Sistema Mecánico de Producción de

Frío……………………………………………………………...



16

Figura 1.7.

Diagrama de Flujo de un Sistema Vapor-Compresión…....

17

Figura 1.8.

Ciclo Estándar Vapor-Compresión en el Diagrama p-h…..

18

Figura 1.9.

Mercados del Camarón Ecuatoriano…………………….....

19

Figura 1.10.

Productos de Valor Agregado existentes en el Mercado....

21

Figura 2.1.

Temperaturas y Tiempo de Proceso en el Equipo de

Salmuera por Aspersión……………………………………...



25

Figura 2.2.

Temperaturas y Tiempo de Proceso en el Equipo de Aire

Forzado………………………………………………………...



26

Figura 2.3.

Temperaturas y Tiempos del Sistema Combinado

(Salmuera por Aspersión – Aire Forzado)…………………



26

Figura 2.4.

Equipo de Salmuera por Aspersión…………………………

31

Figura 2.5.

Sistema por Aspersión, Bandejas por donde cae la

Salmuera………………………………………………………



32

Pág.


Figura 2.6.

Preparación de Salmuera, utilizando un Mezclador………

34

Figura 2.7.

Equipo de Aire Forzado………………………………………

37

Figura 2.8.

Flujo de Aire en el Interior del equipo por Aire Forzado…..

38

Figura 2.9.

Diagrama de Flujo de Línea I.Q.F., Combinación

(Salmuera por Aspersión – Aire Forzado)…………………



40

Figura 2.10.

Esquema de la Línea: Salmuera por Aspersión – Aire

Forzado………………………………………………………...



43

Figura 3.1.

Ficha Sensorial para Análisis del Sabor por Método de

Comparaciones Múltiples…………………………………….



66

Figura 3.2.

Sistema de Circulación de Salmuera……………………….

72

Figura 3.3.

Sistema de Circulación de Aire Frio………………………...

78

Figura 3.4.

Gráfico de Porcentaje de NaCl vs. Calificación Sensorial..

84

Figura 4.1.

Líneas de Líquido y Vapor Saturado………………………..

87

Figura 4.2.

Diagrama p-h, Refrigerante Amoniaco……………………..

87

Figura 4.3.

Ciclo Estándar de Refrigeración…………………………….

89

Figura 4.4.

Ciclo de Refrigeración Básico expresado en el Diagrama

p-h de Amoniaco………………………………………….......



90

Figura 4.5.

(a) Esquema de Doble Compresión con un Evaporador

(b) Diagrama p-h para el Sistema de (a)…………………..



91

Figura 4.6.

(a) Sistema de Frío - 2 Ciclos con Intercooler “CoolPack”

(b) Sistema Actual en el Diagrama p-h…………………….



94

Pág.



Figura 4.7.

Balance de Masa y Energía en un Sistema de Doble

Compresión con Enfriamiento de Vapor…………………...



96

Figura 4.8.

Viaje Térmico Realizado por el Camarón el entrar al

Equipo de Aspersión por Salmuera…………………………



101

Figura 4.9.

Compresores más Usados en el Mercado de la

Refrigeración…………………………………………………..



108

Figura 4.10.

Esquema de Doble Compresión con un Economizador….

111

Figura 5.1.

Esquema de la Línea Propuesta: Salmuera por Aspersión

– Aire Forzado…………………………………………………



120

Figura 5.2.

Camarón Antes y Después de la Congelación en el

Equipo de Salmuera por Aspersión.………………………..



127

Figura 5.3.

Camarón Antes y Después de la Congelación en el

Equipo de Aire Forzado………………………………………



127

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.


Tabla 1.1.

Sabores que puede Presentar el Camarón………………..

5

Tabla 1.2.

Defectos más Comunes en el Camarón dentro del

Proceso……………………………………….........................



9

Tabla 1.3.

Composición Química del Camarón Blanco P. vannamei..

10

Tabla 1.4.

Dosis Máxima de Metabisulfito de Sodio para el Proceso..

12

Tabla 2.1.

Capacidades de Congelación en la Línea I.Q.F…………...

30

Tabla 2.2.

Propiedades Físicas y Termodinámicas de la Salmuera…

36

Tabla 2.3.

Temperaturas y Tiempos de Proceso Estándar del

Equipo de Congelación por Aire Forzado………………….



39

Tabla 3.1.

Rangos Operacionales de Tiempo y Temperatura de

Proceso en el Equipo de Salmuera por Aspersión………....



55

Tabla 3.2.

Muestras Tomadas a Diferentes Tiempos y Temperaturas

del Equipo de Salmuera por Aspersión………………………



59

Tabla 3.3.

Cantidad de NaCl en Muestras de Camarón a Diferentes

Temperaturas y Tiempos de Permanencia en el Equipo de

Congelación de Salmuera por Aspersión…………………….


60

Tabla 3.4.

Rotulación de las Muestras, Evaluación Sensorial (Sabor)..

65

Tabla 3.5.

Tabulación de Datos, Evaluación Sensorial (Sabor)………..

68

Tabla 3.6.

Análisis de Varianza, Evaluación Sensorial (Sabor)………..

69

Pág.



Tabla 3.7.

Muestras Tomadas a Diferentes Tiempos y Temperaturas

del Equipo de Aire Forzado……………………………………



79

Tabla 3.8.

Porcentaje de Exudado en Muestras de Camarón en el

Equipo de Congelación de Aire Forzado…………………….



81

Tabla 3.9.

Resultados Finales de los Experimentos Realizados para

Evaluar las Características del Camarón Congelado………



83

Tabla 4.1.

Calor Requerido por el Producto y por la Salmuera (Kw),

Sistema Actual………………………………………………...



105

Tabla 4.2.

Calor Requerido por el Proceso vs. el Entregado por el

Sistema Actual………………………………………………...



105

Tabla 4.3.

Calor Requerido por el Producto y por la Salmuera (Kw),

Sistema Propuesto……………………………………………



113

Tabla 4.4.

Calor Requerido por el Proceso vs. el Entregado por el

Sistema Propuesto……………………………………………



113

ÍNDICE DE PLANOS

Pág.


Plano 1

Línea de Frío del Equipo Salmuera por Aspersión,

Sistema Actual………………………………………….................



46

Plano 2

Línea de Frío del Equipo Aire Forzado, Sistema

Actual……………………………………………………….............



47

Plano 3

Línea de Frío del Equipo Salmuera por Aspersión,

Sistema Propuesto………………………………………………...



115



INTRODUCCIÓN
La industria empacadora de camarón que se evaluará en este proyecto cuenta con 2 sistemas de congelación rápida (Salmuera por Aspersión y Aire Forzado); ambos equipos fueron combinados con el fin de obtener un mayor volumen de producto congelado y así aumentar la capacidad en la línea de I.Q.F.
No obstante, existe mucha variabilidad en cuanto a parámetros del proceso (tiempos y temperaturas), lo que afecta la calidad sensorial del producto final. Por lo que, en esta tesis se propone un mejoramiento de las características físicas y sensoriales del camarón al final de la congelación, basadas en la estandarización del proceso I.Q.F. del sistema combinado.
En el equipo de Salmuera por Aspersión, se espera reducir los tiempos de residencia en el equipo. Actualmente, se han presentado inconvenientes en este equipo, debido a que al permanecer el producto en la salmuera por mucho tiempo, sus características sensoriales se ven afectadas (sabor).
Al final, la tesis busca mejorar el funcionamiento integrado de los equipos, considerando una capacidad de congelación mucho mayor con el nuevo sistema propuesto y métodos adecuados de operación en cada equipo para obtener un producto congelado de alta calidad. Se presentará además un análisis de inversión-beneficio de los cambios sugeridos.

CapÍtulo 1


  1. GENERALIDADES.





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