capitulo ii marco teorico - Biblioteca UNET

CAPITULO II
MARCO TEORICO
En cualquier proceso de investigación es importante indagar sobre estudios
previos que se asemejen al proyecto que se está realizando, bien sea a nivel
internacional, nacional y regional, que sirvan como base al proyecto y que sustenten
la importancia de la investigación realizada, otra parte que sebe tomar en cuenta son
los factores o registros teóricos que sirvan de soporte a todos los términos que se van
a utilizar en el proceso de investigación, es por esto que en el presente capitulo se
muestra todos y cada uno de los antecedentes encontrados que sirven como base
respecto al proceso de fabricación de la panela, y la panela granulada, así como
también se explicaran todos los conceptos sobre la terminología utilizada por los
productores y fabricantes de panela, como también las fases que se deben tomar en
cuenta para concepción del diseño de una maquina o dispositivo.
Antecedentes de Investigación
Velásquez, Janna y Agudelo (2006), realizaron un trabajo de investigación
para la universidad nacional de Colombia titulado Diagnostico Exergético de los
Procesos Productivos de la Panela en Colombia. En la cual se determinó que el
consumo de panela en Colombia es el más alto del mundo y su producción una de las
principales actividades agrícolas de la economía nacional. A pesar de esto, el uso de
los recursos energéticos en este sector ha sido deficiente, llevando al uso de
combustibles adicionales al bagazo, como madera y llantas para compensar las
deficiencias energéticas. Esto ha generado propuestas de diseños alternativos para los
sistemas de producción de panelas, que se han basado en criterios energéticos, sin
tener en cuenta la calidad de las diferentes formas de energía que participan en el
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proceso. En este artículo se hace un análisis exergético de los diseños de trapiches
más representativos. Se encontró que a pesar de obtener mejoras considerables en la
eficiencia energética al introducir modificaciones tecnológicas, no sucede lo mismo
con la eficiencia exergética, la cual es significativamente baja para todos los sistemas
analizados. Este resultado es de esperarse, ya que en el proceso se emplea energía
térmica a baja temperatura, condición impuesta por la evaporización del agua del jugo
de caña.
Por otra parte Rodríguez, Galdón y Díaz (2008), realizaron un estudio de
investigación para el instituto superior politécnico ³José Antonio Echeverría´
CUAJE, instituto cubano de investigaciones de los derivados de la caña de azúcar
ICIDCA, titulado: Propiedades Termo Físicas del Guarapo Deshidratado en Polvo;
en el cual señalaron que a nivel mundial cada día se incrementa la preferencia por los
productos alimenticios calificados como naturales. La industria azucarera cubana con
sus planes de diversificación tiene una participación activa en la producción de
edulcorantes sanos entre los que se encuentran diferentes tipos de azucares y el
guarapo deshidratado en polvo. El proceso tecnológico de obtención de este último
producto requiere la concentración por evaporización de los jugos frescos de la caña
de azúcar y posteriormente de un proceso de secado. Para su almacenamiento deben
garantizarse condiciones adecuadas de temperaturas, humedad y circulación del aire.
En este sentido se deben diseñar envases e instalaciones apropiadas, haciendo uso de
las propiedades termo físicas del producto en cuestión. En este trabajo se realizo un
estudio de dichas propiedades determinándose experimentalmente la conductividad y
la capacidad térmica a diferencias de temperaturas (30, 35, 40 y 45°C) y evaluándose
las correspondientes difusividades térmicas.
Por otra parte, Montoya y Giraldo (2009) realizaron un trabajo de investigación para
la Universidad Nacional de Colombia, de la facultad de minas, con sede en Medellín
titulado: Propuesta de Diseño de Planta de Procesamiento de Caña para la
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Elaboración de panela en Yolombo Antioquia. El objetivo principal fue plantear
correctamente la organización de las instalaciones y del personal de tal manera que el
proceso productivo que se desea llevar a cabo, se efectué de manera más eficiente.
Para el diseño de una planta de producción se tomo en cuenta los siguientes aspectos:
el tamaño del proyecto, la localización, el producto, los requerimientos de maquinaria
y mano de obra.
A nivel regional se tomaron en cuenta los siguientes trabajos de investigación
correlacionados con el tema en estudio.
Bonilla y Páez (2002)realizaron un trabajo de investigación para la
Universidad Nacional Experimental del Táchira titulado: ³Manual de Normas y
Procedimientos Aplicando las Normas ISO 9000 al Proceso de Elaboración de la
Panela Granulada en el Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas INIATáchira´, el cual tuvo como objetivo capacitar al personal y la supervisión del
proceso de elaboración de la panela granulada, bajo un diseño de campo del tipo
exploratorio donde la información fue tomada bajo la técnica de la observación
directa del proceso en el central panelero y por documentación bibliográfica. Para el
desarrollo del trabajo se realizo un manual de normas y procedimientos con lo cual se
cubrió la necesidad que tenía el INIA- Táchira de contar con este manual el cual será
utilizado como una herramienta para la transferencia de conocimientos a los
productores de panela granulada al finalizar el trabajo se obtuvo que solo el 10% de
los productores de panela granulada de la región tienen el asesoramiento del INIATáchira, se recomendó realizar un censo para conocer la totalidad de los productores
de panela granula por municipios, con el fin de llevar registros de quienes han
contado o no con asesorías.
Alarcón y Díaz (2009) realizaron un trabajo de investigación para la
Universidad Nacional Experimental del Táchira titulado: ³'iseño de los Equipos
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Necesarios para un Central Panelero a Vapor´ donde se toma en cuenta una de las
bases de la economía rural en el estado Táchira, como es el cultivo y el
procesamiento de la caña panelera, de donde se obtiene un producto conocido como
¨panela¨ la cual se encuentra actualmente en diferentes presentaciones entre ellas:
cuadrada, rectangular y granulada. Al mismo tiempo señala que hasta a hora se han
utilizado procesos no controlados, con equipos mal diseñados, que generan perdidas
en las diferentes etapas de la elaboración del producto. Sin embargo la forma
tradicional como se fabrica la panela es ineficiente en términos energéticos, y en la
mayoría de los trapiches tradicionales es necesario utilizar otros combustibles por la
baja eficiencia térmica de las hornillas, en relación a lo expuesto y en búsqueda de
mejorar el proceso de producción de panela, se planteó el diseño de un central
panelero a vapor; para ello se realizaron inicialmente 2 pruebas experimentales cuyo
fin era delimitar las etapas del proceso de elaboración de panela (temperaturas de
entrada y salida a cada etapa) y hallar el coeficiente de transferencia de calor del jugo
de caña para el proceso. Con base en datos obtenidos se calculó el área de
transferencia para cada paila considerando un tiempo adecuado para el proceso.
También se plantó el reemplazo de la cámara de combustión por una caldera para
producir vapor, el cual es usado como fuente de energía en el proceso de
concentración del jugo de caña. Concluyendo así que este proceso industrial permite
tener niveles de producción más altos y obtener un producto más homogéneo y de
mayor calidad. Adicionalmente al usar calderas se obtiene mayor control de la
combustión y se elimina el uso de bagaceras.
Las anteriores investigaciones citadas, sirven de soporte en el presente estudio a
partir de que: han diseñado sistemas de producción de panela donde se aumenta la
eficiencia energética del proceso pero no se logra controlar el fenómeno exergético
del proceso lo cual es razonable, esto es importante para la siguiente investigación
debido a que una mayor eficiencia en los procesos anteriores a las granulación
aumentara la cantidad de producto obtenido. Por otra parte se han realizado estudios
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del proceso de producción de panela en cuanto a sus propiedades termo físicas como
lo son: la conductividad y la difusividades térmica de la panela granulada a diferentes
temperaturas lo cual es esencial, ya que en esta investigación se plantea el diseño de
un sistema de enfriamiento durante la fabricación de la panela granulada.
De igual forma se han realizado estudios sobre la correcta distribución de las
etapas en el proceso de producción de la panela, esto es de suma importancia debido a
que también ayuda a aumentar la calidad y la cantidad de panela al final del proceso.
Al mismo tiempo se han elaborado manuales de normas y procedimientos en la
fabricación de panela granulada basándose en la normas de calidad del proceso como
lo son las normas ISO 9000, las cuales son normas que certifican que el producto
obtenido al final del proceso es de gran calidad. Por otra parte se realizaron estudios
donde se plantea el reemplazo de la cámara de combustión por una caldera para
producir vapor, estos procesos industriales permiten tener niveles de producción más
altos y obtener un producto más homogéneo y de mayor calidad.
BASES TEÓRICAS
La Producción de la Caña Panelera
Según Gallegos, Ríos y Giraldo (1996) el cultivo de caña panelera se logra a
una temperatura promedio de 25 a 26 °C, sin embargo las temperaturas entre 20 y 30
°C permiten un buen rendimiento del cultivo. Los cambios de temperaturas superiores
a los 8°C entre el día y la noche permiten la formación de azucares conocidas como
sacarosas indispensables para el buen grano o textura fina de la panela, de igual forma
señalan que la altura necesaria para el cultivo de la caña panelera está entre los 500 y
1500 mts. sobre el nivel del mar, su luminosidad adecuada se encuentra entre 5 a 8
horas diarias sobre el brillo solar.
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Otro de los aspectos que se deben tomar en cuenta en la producción de la caña
panelera son las precipitaciones anuales las cuales deben ser entre 1500 a 1750mm
para suplir las necesidades del cultivo cuando el suelo no sea muy suelto; debido a
que la caña necesita buena humedad durante su etapa de crecimiento pero
posteriormente requiere un periodo seco para concentrar y retener las sacarosas
durante su periodo de maduración. De igual forma debe tomarse en cuenta los vientos
ya que pueden causar el volcamiento de la plantación además que estos sean cálidos y
secos aumenta la transpiración de la planta y secan el suelo.
Los suelos apropiados para la caña son los franco-arcillosos con buen drenaje y con
pH entre 5,5 y 5,7. La variedad de la caña panelera en Venezuela (V 7151); variedad
de tallos largos y erectos, de color violáceo cuando joven y rojo al madurar, si pelusa,
presenta buena germinación y macollamiento que varía entre 12 a 14 tallos por cepa..
De alto contenido de sacarosa y buena producción de caña, se debe tener cuidado
cuando se desee sembrar en laderas puesto que es una caña que exige ser renovada
cada tres o cuatro cortes.
Figura N° 2.1 caña tipo 7151. Fuente Gallegos, Ríos y Giraldo (1996)
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Selección de semillas y semilleros
La caña es una planta que se propaga por trozos de tallos o estacas que van
desde l yema hasta el tallo entero, las cuales se les denomina semillas, que deben
provenir de cañas libres de plagas y enfermedades, de tallos vigorosos y con buen
estado nutricional, y que además tengan entre 7 y 8 meses de edad, que la semilla sea
de una misma variedad con yemas sanas y funcionales; estas se puede conseguir de
cogollo, de plantilla, de primeras socas y de semilleros. Cuando se emplea el cogollo
se recomienda sacarlo de forma perpendicular en la mitad del entre nudo y
destapando la yemas (descalcetado).
Los semilleros de la caña panelera deben estar ubicados cerca a los caminos o
carreteras, de tal manera que se facilite el corte, el alce y se eviten los daños por
transporte; su tamaño debe corresponder al 10% del área que se piense sembrar en
caña. Su uso requiere de un trabajo cuidadoso tardío y costoso, pero recompensa el
esfuerzo realizado, además que garantiza una buena planeación del cultivo desde las
labores de adecuación y preparación del terreno hasta la siembra.
Figura N° 2.2 caña tipo 7151 .Fuente Gallegos, Ríos y Giraldo (1996)
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Siembra
La siembra debe realizarse al inicio de las lluvias cuando no se dispone del riego o la
pendiente del terreno, que no permite su empleo. La siembra pueden realizarse en
cajuelas y chorrillos y su germinación se da de 15 a 30 días después de sembrada.
Cuando es en surco y se presentan grandes vacios se debe hacer resiembra con el fin
de replantar los sitios en los cuales no han germinado. Las fallas de germinación en la
soca se producen por: excesivo pisoteo en la cosecha, volcamiento temprano de la
caña, cosecha tardía que se produce en pudriciones, ataques fuertes de roedores,
despejes tardíos, encharcamiento o corte mal hecho.
Sin embargo una de las mejores alternativas de los pequeños productores de la caña
panelera para obtener ingresos y alimentación a corto plazo, son los cultivos
intercalados, para rescatar en el menor tiempo posible los altos costos que se implican
en la instalación del cultivo.
Figura N°2.3 siembra en cajuelas, siembra a chorrillo. Fuente: Gallegos, Ríos y Giraldo (1996)
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Corte
Según Pars (1981) la edad de corte varía de acuerdo a la altura sobre el nivel
del mar. No siempre las cañas son cortadas cuando se encuentran en óptimo estado
de maduración; esto hace que se lleven al molino cañas inmaduras, sobre maduras o
mezclas de ambas que dañan la calidad de la panela. Las cañas inmaduras contienen
mayor cantidad de agua que es necesario evaporar, disminuyendo los rendimientos.
Las sobre maduras han iniciado el desdoblamiento de la sacarosa en glucosa y
fructuosa (azucares reductores) que afectan la textura o grano de panela.
Por otra parte la guía ambiental para el subsector de la caña de azúcar, del
Ministerio del Medio Ambiente de Colombia (2002), señala que Existen dos tipos de
corte: El manual y el mecánico. El Corte Manual puede ser: quemado y en verde. El
corte de caña quemado se hace por parte de corteros que utilizan dos pases, uno para
cortar la base de la caña y otro para cortar el cogollo. La caña es luego colocada en
chorras o montones alineados para que luego sea alzada con uñas mecánicas. Un
cortero en promedio puede cortar del orden de 5 a 6 ton / día.
El corte de caña en verde puede ser sucio o limpio. El corte verde sucio utiliza
tres pases, el pase adicional quita algo de hojas. Se arruma de igual forma a la caña
quemada. El corte verde limpio, tiene por lo menos dos pases de limpieza para
asegurar que se remuevan todas las hojas. Por el trabajo adicional que requiere, el
rendimiento del corte se reduce a 2 o 3 t/día.
El corte mecánico puede realizarse para caña en verde o caña quemada. Las
máquinas cosechadoras cortan un surco por pasada, pican la caña y mediante
ventiladores, por diferencia de densidad, la separan de las hojas. El rendimiento está
entre 20 y 30 ton / hora. Las hojas quedan esparcidas uniformemente sobre el campo.
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La cosechadora entrega la caña directamente a vagones, que la reciben picada para
transportarla a la fábrica.
Figura N° 2.4 Quema del Cultivo de caña .Fuente: http://www.taringa.net/posts/info/4664640/Canade-Azucar.html
Figura N°2.5 corte mecanizado de la caña de azúcar .Fuente: Alvares (2011).
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Apronte
Según Gutiérrez, Leal, quintero y Vanegas (2009) La operación conocida
como "apronte" se refiere a las acciones de recolección de la caña cortada, su
transporte desde el sitio de cultivo hasta el trapiche y su almacenamiento en el
depósito del trapiche, previo a la extracción de los jugos en el molino.
La caña debe permanecer el menor tiempo posible en el sitio de cultivo
después del corte, puesto que el sol deshidrata el tallo y acelera el desdoblamiento de
la sacarosa; ello aumenta la concentración de azúcares invertidos en los jugos del
tallo, disminuye los rendimientos de producción de panela y reduce su calidad. Ya en
el trapiche, la caña no debe permanecer en espera por más de cinco días, pues al
sobrepasar este tiempo se presentan aún mayores incrementos en los contenidos de
azúcares reductores, lo cual afecta la eficacia del proceso de limpieza y se obtendrá
una panela de consistencia excesivamente blanda que se parte con facilidad. Para
mejorar la textura y el "grano", los productores suelen aumentar el uso de cal, recurso
incompatible con la fabricación de panela orgánica. Cuando ocurre tal situación, y en
vista de los bajos precios con que se castiga la panela de baja calidad, se recomienda
como alternativa la producción de miel.
El tiempo de apronte depende, en última instancia, del estado de madurez de
la caña: si ésta se corta en el punto óptimo de madurez, puede durar almacenada en el
trapiche entre dos y tres días antes de ser molida; pero si la caña se corta inmadura, el
tiempo de almacenamiento se puede extender hasta 5 días.
Por otra parte Alarcón y Díaz (2009) señalan que la recolección de la caña de
azúcar se hace normalmente a mano. El instrumento usado para cortarla suele ser un
machete grande de acero con hoja de unos 50cm de longitud y 13 cm de ancho, un
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pequeño gancho en la parte posterior y empuñadura de madera. También se usan
maquinas para recolectar caña.
La caña se abate cerca del suelo, se le quitan las hojas con el gancho del
machete y se corta por el extremo superior, cerca del último nudo maduro. Las cañas
cortadas se apilan a lo largo del campo, donde se recogen a mano o a máquina, se
atan en haces y se transportan a la central, que es un molino en el cual se trituran los
tallos y se les extrae el jugo de caña.
Figura N° 2.6 preparación para el transporte. Fuente: Bolívar 2011
La Producción de la Panela
La panela es un producto obtenido por la evaporización de los jugos de la caña
de azúcar de la caña, la cual tiene un valor nutritivo similar a la miel de abeja, el
azúcar y la miel de caña. Su producción se encuentra distribuida en nueve estados de
Venezuela principalmente en: Táchira, Mérida, Falcón y Sucre, donde su producción
se encuentra limitada debido a la situación disimiles que hay desde el componente de
producción del manejo del cultivo de la caña panelera, las variedades utilizadas y los
rendimientos junto con los componentes de transformación y comercialización son
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diferentes en las zonas de producción. Según lo señala Hernández, Amaya, Galeano,
Ramírez y Cortes (1981).
Al mismo tiempo señalan que el proceso de transformación de la caña
panelera se realiza de forma artesanal, bajo características con fines similares en la
extracción de los jugos y evaporización abierta. Finalmente se llega a un producto
con una calidad irregular, causada por efectos de las condiciones propias en cada
región junto al mal manejó de los principios y técnicas en el diseño de hornillas y las
fallas operativas en el proceso.
Entre las que se puede señalar: periodo de apronte extremadamente largo, baja
calidad operativa de extracción de molinos, desajuste entre la potencia requerida y
suministrada, delineamiento de ejes de motor y molino, sistema de limpieza de los
jugos precario (pozuelo), clarificación de los jugos deficiente e irregular, cámara de
combustión rudimentaria e ineficiente, ducto de humos deficientes, chimeneas de
escaso tiro o altura, baja condiciones de higiene en todo el proceso, mala calidad del
producto, empaque predominante de fibra vegetal. De igual forma Camacho (1981)
expone que la mala calidad de la panela es causada por la edad insuficiente de las
cañas, largo periodo entre el corte y la molienda, ambición del propietario, suelos
salobres, abuso de la cal, defectos de la cal, falta de aseo en el pozuelo, sal en la
lechada de la cal, mal combustible o impericia del atizador, cañas guarapudas, mezcla
de cachaza, jugos de caña fermentada, cristalización demorada, excesiva presión de
las masas, continuas mezclas de guarapos de diferentes calidades, desequilibrio entre
el trapiche y la hornilla, cañas sobre maduras, desaseo en la fábrica, perfecta limpieza
de la hornilla y manejo del trapiche. Por lo que se evidencia el mal manejo que
realizan los productores en la fabricación de panela lo que no permite una mejor
calidad y producción del producto.
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Fig. N° 2.7 presentación de la panela. Fuente: http:www.productosaipsacol.com.co
Características deseables en variedades de caña de azúcar para la obtención de
panela
Uno de los factores que limitan el rendimiento del cultivo de caña para la
obtención de panela según Hernández y otros, es la variedad y la luminosidad que
presentan las áreas paneleras debido a su ubicación a mayor altitud sobre el nivel del
mar, lo que ha propiciado que el Instituto Nacional de Producciones Agrícolas, se
formule como objetivo en uno de sus programas el mejoramiento de la caña de azúcar
para fortalecer la producción de tonelaje y la alta concentración de sacarosa con
mayor grado de estabilidad que tengan bajo contenido de fibra y floración; al mismo
tiempo una uniformidad en el crecimiento, baja presencia de pelusa y tolerancia a las
sequias con el fin de tener un incremento en los rendimientos, disminución en los
costos de producción, disminución en los ciclos de cultivos, de los problemas fito
sanitarios, mejoramiento de calidad de la materia prima y presencia de características
nobles para la manipulación.
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Por lo que se requiere un mejoramiento genético cubriendo seis etapas:
producción de plantas en umbráculo, producción de plantas en el campo, primer
ensayo comparativo, segundo ensayo comparativo, primer ensayo replicado, ensayos
regionales, las cuales deben responder a una serie de producciones agronómicas e
industriales señaladas anteriormente.
Proceso de fabricación de panela
La industrialización, en la fabricación de la panela es un proceso que se da en
diferentes etapas, en la cual se debe prestar atención al aspecto tecnológico, según
Abarca (1981) se realizan los siguientes pasos:
1. Molienda: la molienda determina el alto porcentaje de la calidad y la cantidad de
jugo que contiene la sacarosa en dilución, en la cual se utilizan elementos metálicos o
de maderas construidos por dos o tres rodillos lisos o estriados a través de molinos
que pueden ser hechos de manera tradicional en madera y accionados manualmente
donde se consigue un bajo rendimiento de extracción de jugo; otros de los sistemas de
molienda utilizados es el de tracción animal donde el trapiche es de manera vertical
de tres masas en fundición de hierro y un madero horizontal acanalado en la parte
saliente del eje de la masa principal, el cual es muy usado en las pequeñas industrias
paneleras. Así mismo también es utilizado los molinos de tracción mecánica que son
accionados por motores de combustión interna, Diesel, Eléctricos o de tracción
hidráulica los cuales se caracterizan por que la posición de las masas es de forma
horizontal, la capacidad de los molinos varía de acuerdo al modelo y puede aumentar
la cantidad de jugo extraído, se logra extraer en jugo entre un 50% y un 60% del peso
de la caña. Al mismo tiempo Abarca citando a Hugot señala que un molino de mayor
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diámetro obtiene mayor extracción por que está girando a menor número de
revoluciones por minuto.
Figura N° 2.8Molino para la extracción del jugo de caña Fuente: Autor del Estudio
2. Pre-limpieza: la pre-limpieza del jugo en el proceso de producción de la panela
según la Corporación Autónoma Regional del Centro de Antioquia CORANTOQIA
(2008) consiste en la eliminación por medio de flotación y decantación a temperatura
ambiente del material grueso que sale del jugo de la caña (bagazo, tierra y cera)
donde utilizan el pozuelo, mallas y sistemas de pre-limpieza especialmente diseñados,
a los cuales deben realizar un proceso de limpieza y mantenimiento adecuados cada
cuatro horas en el momento en que el molino se encuentra en reposo, evitando así la
fermentación de los jugos para que no se presente un aumento de acides y
disminución de los azucares reductores.
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Figura N° 2.9 procesos de pre-limpieza. Fuente: CORANTOQIA (2008)
3.
Clarificación: luego de la pre-limpieza se realiza la clarificación la cual tiene como
fin eliminar sustancias coloidales, algunos compuestos colorantes y sólidos en
suspensión presentes en el jugo. En esta etapa se pasa el jugo a una paila recibidora
con una temperatura ambiente hasta realizar su calentamiento entre 50°C y 55°C el
cual permite la floculación o formación de partículas de mayor tamaño y densidad
dando como resultado la flotación de impurezas llamadas cachazas las cuales se
retiran manualmente con un remellón y son trasladadas hasta unos depósitos llamados
cachaceras. Así mismo
CORANTOQIA (2008) señala que para lograr una
clarificación eficiente se debe realizar el ajuste del pH (entre 5,6°pH y 6°de pH) por
medio de la adición de la cal de consumo humano y bicarbonato de sodio (lechada)
donde debe emplearse una trilla o papel indicador de pH que indique el color
adecuado según el grado de acides que presentan. Por otra parte señala que para la
lechada por cada 100Lts de jugo de deben agregar 1,4gr de cal.
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Figura N° 2.10 Adición de la solución de balso Fuente: CORANTOQIA (2008)
Figura N° 2.11 Separación de la capa de cachaza Fuente: CORANTOQIA (2008)
4. Evaporización: es la etapa más importante en el proceso de fabricación de la
panela según CORANTOQIA (2008) ya que esta es la que determina la calidad del
tipo de panela obtenida, debido a que se evapora la mayor cantidad de agua que
contienen los jugos (cerca del 90 %) obteniéndose así las mieles, durante esta etapa
los jugos permanecen a la temperatura de ebullición del agua. Luego de la obtención
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de la mieles se realiza el proceso de concentración y punteo, la cual es la fase final y
llevándose a cabo a una temperatura de 100°C, en esta parte se adiciona el agente
antiadherente, que evita que la miel se adhiera a las paredes de la paila evitando su
caramelización y quemado. Esta es considerada la etapa más critica desde el punto de
vista del grano de la panela teniendo en cuenta que es un proceso que se realiza sobre
los 118°C y 125°C (88°Brix y 94°Brix).
Figura N°2.12Evaporización del Agua. Fuente: CORANTOQIA (2008)
5. Batido y Moldeo: en la etapa de batido y moldeo la altura de la miel depende
del grano debido a que las mieles con alto reductores de azúcar no suben y no
permitirán construir panelas blandas de manera que no se podrá elaborar la panela
granulada. En la fase de punteo se realiza en la última paila según CONCOPE (200),
el punteo es establecido por el operario experto según su forma la cuales pueden ser :
sobre un remellón la miel no corre; al batir la miel con el remellón el aire forma una
bomba, se toma un poco de miel con la uña y se lleva a la boca; se forma una bola y
se arroja al suelo si esta suena al impactar contra el suelo se dice que está en el punto,
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al estar en el punto se bate la miel con el fin de que esta aclare y enfrié, sin embargo
hay que tomar en cuenta al fin de poder garantizar higiene y pureza en la panela que
el cuarto de batido y moldeo debe estar aislado del área de proceso como de las
bagaceras y moliendas, el piso debe ser de cemento tener suministro de agua potable
y una adecuada iluminación y ventilación para que permita una baja humedad.
Por otra parte según: Galo, Mora y Tus (S/F) establecen que para elaborar la
panela granulada en la evaporación y punteo las mieles deben tener entre 116°C y
125°C dependiendo de la zona productora y de la referencia de esta con respecto al
nivel del mar, el traslado a artesas el enfriamiento y batido debe realizarse con paletas
de madera hasta que se inicia la fragmentación del material; el desgranado puede
realizarse con un granulador mecánico con un tamiz a fin de que el material que pase
a través del tamiz puedan someterse a un secado final el cual se realizan en bandejas
durante 2 horas a 45°C; se debe realizar una clasificación granulométrica utilizando
un tamiz con orificios según el tamaño de grano deseado, en caso de quedar granos
que no pasen por la clasificadora estos deberán someterse a una molienda, obteniendo
como resultado de producto final la panela granulada, teniendo en cuenta que el
tamaño de la partícula se puede lograr según las condiciones deseadas.
Figura N° 2.13 Batido y Moldeo De La Panela. Fuente: CORANTOQIA (2008).
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6. Empaque y Almacenamiento: en esta etapa del proceso CORANTOQIA
(2008) señala que el producto no se debe empacar en caliente y no se debe colocar
para enfriamiento en un sitio que no tenga las condiciones mínimas de higiene, el
personal, el equipo y los utensilios deben estar limpios y libres de contaminación en
todo momento, a fin de evitar una contaminación micro biológica. El tipo de empaque
a utilizar lo debe seleccionar la industria, cumpliendo con las nomas y procedimientos
del sector productivo, en Venezuela se utilizan las normas COVENIN 1564:1999.
El almacenamiento debe realizarse en lugares cubiertos que tengan un
ambiente seco y buena ventilación y los canes o los depósitos de panela se beben
colocar en estibas de panelas separadas de las paredes. El almacén debe ventilarse en
el día en los periodos de baja humedad y cerrarla durante la noche.
Figura N° 2.14 Almacenamiento y Empaque De La Panela. Fuente: CORANTOQIA (2008)
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Etapas de Producción de la panela granulada
Fig. N° 2.15 Diagrama general del proceso panelero. )XHQWH $ODUFyQ \ 'tD] HQ ³'LVHxR GH los
(TXLSRV1HFHVDULRV3DUDXQ&HQWUDO3DQHOHURD9DSRU´
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Fases del Diseño
Según Shigley (1990) señala que el reconocimiento de la necesidad puede
manifestarse simplemente como un vago descontento o bien por la intuición de una
dificultad o en la sensación de que algo no es correcto. Con frecuencia la necesidad,
la necesidad no es del todo evidente; por lo general, se identifica de repente a partir
de una circunstancia adversa o de una serie de circunstancias fortuitas que surgen casi
al mismo tiempo.
También señala que la definición del problema debe abarcar todas las
condiciones para el objeto que ha de ser diseñado. Las condiciones o especificaciones
son las cantidades de entrada y de salida, las características y dimensiones del espacio
que deberá ocupar el objeto, y todas las limitaciones a estas cantidades. Se puede
FRQVLGHUDUHOREMHWRDGLVHxDUFRPRDOJRFRORFDGRHQXQD³FDMDQHJUD´(QHVWHFDVR
debe especificar lo que entra y lo que sale de dicha caja, junto con sus características
y limitaciones. Las especificaciones ejercen un costo, la cantidad de piezas a fabricar,
la duración esperada, el intervalo o variedad de capacidades, la temperatura de trabajo
y la confiabilidad. Entre dichas condiciones sobresalen las velocidades necesarias, las
intensidades de alimentación en las maquinas, las limitaciones de temperatura, el
alcance máximo, las variaciones esperadas en las variables y las restricciones en
tamaño y peso.
Así mismo señala que las síntesis no se podrá efectuar antes de hacer el
análisis y la optimización debido a que se debe analizar el sistema a diseñar, con el
fin de determinar si su funcionamiento cumplirá las especificaciones. El análisis
podría revelar que el sistema no es óptimo. Si el diseño no resultase satisfactorio en
una de dichas pruebas o ambas, el procedimiento de síntesis deberá iniciarse otra vez.
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También señala que análisis y optimización se requiere que se ideen o
imaginen modelos abstractos del sistema que admitan alguna forma de análisis
matemático. Tales consideraciones reciben el nombre de modelos matemáticos. Al
crearlos se espera encontrar alguno que reproduzca lo mejor posible el sistema físico
real.
De otra forma señala que la evaluación es una fase significativa del proceso
total de diseño. Es la demostración definitiva de que un diseño es acertado y, por lo
general, incluye pruebas de un prototipo en el laboratorio. En tal punto es cuando se
desea observar si el diseño satisface realmente la necesidad o las necesidades. La
comunicación del diseño a otras personas es el paso final y vital en el proceso de
diseño.
Por último señala que la presentación es una tarea de venta. Cuando el
ingeniero presenta o expone una nueva solución al personal administrativo de alto
nivel (directores, gerentes o supervisores, por ejemplo), está tratando de demostrar
que su solución es la mejor. Consideraciones de diseño a veces la resistencia de un
elemento en un sistema es un asunto muy importante para determinar la
configuración geométrica y las dimensiones que tendrá dicho elemento. En tal caso se
dice que la resistencia es un factor importante de diseño. Cuando se usa la expresión
consideración de diseño se está refiriendo a una característica que influye en el diseño
de un elemento o, quizá, en todo el sistema. Generalmente se tienen que tomar en
cuenta varios de estos factores en un caso de diseño determinado. Algunos de los más
importantes son los siguientes: resistencia, confiabilidad, propiedades térmicas,
corrosión, desgaste, fricción (o rozamiento), procesamiento, utilidad, costo,
seguridad, peso, duración, ruido, estilización, forma, tamaño, flexibilidad, control,
rigidez,
acabado
de
superficies,
lubricación,
mantenimiento,
volumen,
responsabilidad legal. Algunos de estos factores se refieren directamente a las
dimensiones, al material, al procesamiento o procesos de fabricación, o bien a la
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unión o ensamble de los elementos del sistema. Otros se relacionan con la
configuración total del sistema.
Figura N° 2.16 Fases del diseño. Fuente: shigley (1990).
El proceso de intercambio de calor entre dos fluido que están a diferentes
temperaturas y separado por una pared solida, acurre en muchas aplicaciones de la
ingeniería. El dispositivo que se utiliza para llevar a cabo este intercambio se
denomina intercambiador de calor.
Según Incropera F. y Dewitt D. (1999). Los intercambiadores normalmente se
clasifican de acuerdo con el arreglo del flujo y el tipo de construcción. El
intercambiador de calor más simple es aquel en que los fluidos calientes y fríos se
mueven en la misma dirección o en direcciones opuestas en una construcción de
tubos concéntricos (o doble tubo).
De manera alternativa los fluidos se pueden mover en flujo cruzado
(perpendiculares entre sí). En los intercambiadores intercambiadores de calor con
aletas, dado que el debido a que el flujo del tubo no es mezclado, ambos fluidos están
sin mezclar. Mientras que el los intercambiadores sin aletas un fluido está mezclado y
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el otro sin mezclar. La naturaleza de la condición de mezcla puede influir de manera
significativa en el funcionamiento del intercambiador de calor.
Otra configuración común es el intercambiador de calor de tubos y corazas.
Las formas específicas difieren de acuerdo con el número de pasos de tubos y
corazas, y la forma más simple, que implica un solo paso por tubos y corazas.
Normalmente se instalan deflectores para aumentar el coeficiente de convección del
fluido del lado de la coraza al inducir turbulencia y una componente de la velocidad
de flujo cruzado.
Por otra parte, Para diseñar o predecir el rendimiento de un intercambiador de
calor, es esencial relacionar la transferencia total de calor con cantidades tales como
las temperaturas de entrada y salida del fluido, el coeficiente global de transferencia
de calor, y el área superficial total para transferencia de calor. Dos de tales relaciones
se pueden obtener fácilmente al aplicar balances globales de energía a los fluidos
caliente y frio.
Figura 2.17 intercambiadores de calor de tubos concéntricos. Fuente: Incropera F. Dewitt D. (1999)
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Basamento Legal
En Venezuela existen una serie de normas, las cuales indican el tipo de
material y los pasos a seguir en la elaboración de productos con fines alimenticos
como lo son las normas COVENINN, por lo tanto se nombra que normas son las que
se aplican y se toman a consideración para el diseño del granulador.
Tomándose en cuenta que el diseño del prototipo se realiza para el mercado
nacional primeramente se nombra cual es la norma venezolana que permite utilizar
cierto tipo de materiales que van a estar en contacto con alimentos. Siendo esta la
norma COVENINN 3665-(04), Envases Metálicos Destinados a Estar en Contactos
con Alimentos. Determinación de Migración Global. Proyecto COVENINN 3665
(R), numero I.C.S 67.250 la cual establece los procedimientos analíticos básicos para
determinar la migración de constituyentes de los envases metálicos revestidos o no,
destinados a estar en contactos con alimentos; según coveninn numero 1573:1995
Envases metálicos, recubrimientos sanitarios para envases metálicos, la cual toma en
cuenta las siguientes definiciones en el numeral 3 y 4:
3.1 Envase metálico
Es aquel constituido por hojalata o aluminio, que puede tener o no recubrimiento
metálico y/o polimérico en una o ambas caras. Los recubrimientos poliméricos
sanitarios utilizados en la manufactura de estos envases se clasifican según su
composición en: oleo resinosos, fenólicos, epóxicos, vinílicos, acrílicos poliéster y
sus modificaciones correspondientes según su uso final. Los recubrimientos metálicos
utilizados son cromo y/o estaño.
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3.2 Migración global
Cantidad total de componentes transferidos desde el envase metálico hacia el
alimento o a sus simulantes, en condiciones reales o equivalentes de envasado y
almacenamiento.
4 Requisitos
Los envases metálicos destinados a estar en contactos con alimentos deben cumplir
los siguientes requisitos.
4.1 En caso de envases metálicos con revestimiento poliméricos, la migración global
obtenida en los ensayos no debe exceder de 50mg de constituyentes liberados por
kilogramo de producto alimenticio (50 ppm) o 0,08 mg/cm2 para envases cuya
capacidad sea menor o igual a 3,78 litros o 0,28 mg/cm2 para envases cuya capacidad
sea mayor o igual a 3,78 litros.
4.2 El líquido simulante una vez finalizado el contacto no debe presentar colores ni
olores extraños.
4.3 Los pigmentos, colorantes, sellantes y recubrimientos internos utilizados en
envases metálicos deben estar aprobados por la autoridad sanitaria competente.
4.4 Los envases metálicos deben cumplir los límites de migración específica de
metales, para los elementos abajo mencionados (expresados en mg de constituyentes
por Kg de alimentos a envasar).
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Cuadro N° 1
Migración específica de metales
Antimonio
Max
2mg/Kg
Arsénico (alimentos líquidos)
Max
0,1mg/Kg
Arsénico (alimentos sólidos)
Max
1mg/Kg
Cadmio
Max
0,10mg/Kg
Estaño
Max
150mg/Kg
Mercurio
Max
0,5mg/Kg
Plomo
Max
2mg/kg
Definición de Términos
Acaramelar: bañar o untar con caramelo el recipiente indicado. Reducir a caramelo.
Endulzar, dulcificar, azucarar.
Aditivo: cualquier compuesto químico, ya sea natural o artificial, que se añade a un
alimento para modificar su color, textura o sabor, aumentar su valor nutricional o
prolongar su conservación, la panela es un aditivo de primer orden en la cocina
venezolana. Sinónimo de añadir, agregados.
Agitar: mover un líquido. En los centrales paneleros o trapiches, esta labor se ejecuta
por medio de los remillones.
° Brix: medida de la densidad y concentración de los sólidos totales. Es idéntico al
grado Balling. Son los sólidos totales presentes en una muestra expresados en
porcentajes.
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Cachaza: En la elaboración de la panela, primera espuma generalmente de sustancias
indeseables que produce el jugo de caña o guarapo.
Cepa: se refiere al número de tallos subterráneos que quedan en el campo después de
la cosecha y donde nacerán nuevas plantas. También ser refiere al número de tallos
que tiene una planta.
Cocha: es la miel en la canoa o batea, a punto de cristalizar, antes de llevar a las
hormas o formaletas. Perol en las que se elaboran las confiterías.
Descalcetado: Se le quita la tierra que cubre y se abre hasta la base, se retiran las
hojas coloreadas o secas de cada hijo, y con la planta abierta se aplica 2 o 3 puños de
abono orgánico.
Exergico: es una magnitud termodinámica que indica el máximo trabajo teórico que
se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno.
Informa de la utilidad potencial del sistema como fuente de trabajo.
Floculación: proceso por el cual una sustancia dispersa coloidalmente se separa en
forma de partículas discretas o flocúlos, y no como una masa continua del líquido que
la contiene.
Macollamiento: La producción de tallos laterales (macollas, "hijos") por el cultivo
durante el crecimiento; el macollamiento es común en el mijo y el sorgo.
Pozuelo: envase en donde es enviado el guarapo, luego de molidas las cañas por las
masas de los molinos, en los trapiches más arcaicos.
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Punto de Caramelo: grado de concentración que se da el almíbar por medio de la
cocción y es un indicativo, utilizado por los paileros, de cuando la miel está en su
momento para llevar a la cocha. Sinónimo punto de hebra.
Suelos francos: Son aquellos que tienen una textura media (45%de arena, 40% de
limo y 15% de arcilla). Estos suelos presentan las mejores condiciones tanto físicas
como químicas, siendo los más aptos para el cultivo. También el color puede dar
pautas sobre la composición mineralógica del suelo: en líneas generales, cuanto más
oscura sea la tierra, mayor cantidad de materia orgánica y mayor fertilidad. En
cambio, cuanto más claro, mayor presencia de gravas.
Suelos arcillosos: Como primer aspecto a subrayar, vale mencionar que este tipo de
suelos presentan una textura fina, con un alto predominio de arcillas (45 % de
arcillas, 30% de limo y 25% de arena). Esta composición le permite una elevada
retención de agua y nutrientes. No obstante posee una baja porosidad y por lo tanto, la
consecuencia lógica es que son suelos que carecen de buenas posibilidades de
aireación. Por este motivo se dice que son terrenos difíciles de trabajar ya que poseen
una elevada viscosidad que ofrece una gran resistencia a la penetración de raíces.