Biblioteca de Ingeniería Química

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química

OPTIMIZACIÓN DE LOS PARÁMETROS

TECNOLÓGICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL

CONCENTRADO PROTEICO DEL ALGARROBO

TESIS

PARA OPTAR TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

AUTORES : Br.PAZO REYES JOSÉ MERCEDES

Br.PAZO REYES SANTOS BENITO

ASESOR : Ma. PERCY AGUILAR ROJAS

Trujillo – Perú

2009

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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PRESENTACIÓN

Señores miembros del jurado:

Dando cumplimiento a las normas establecidas en el reglamento de grados y títulos de

la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo, se somete a

vuestra consideración y elevado criterio la presente tesis intitulada: “OPTIMIZACIÓN

DE LOS PARÁMETROS TECNOLÓGICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL

CONCENTRADO PROTEICO DEL ALGARROBO”.

Bach. José Mercedes Pazo Reyes

Bach. Santos Benito Pazo Reyes



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AGRADECIMIENTOS

A Dios:

Por el infinito amor, por la protección y la fuerza que

nos ha bendecido para poder enfrentar con éxito los

obstáculos presentados.



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DEDICATORIAS

Con todo el amor y eterna gratitud del mundo

dedico este trabajo a tan nobles personas que

Dios me ha podido conceder mis padres:

Exequiel Pazo: Por su paciencia, comprensión

y sus sabios consejos y sugerencias en los

Momentos más difíciles de mi vida.

Asunción Reyes : Por su sacrificio abnegado

y sus incontables noches de desvelo y

preocupación porque nada me faltara.

Con mucho cariño y afecto a mis queridos hermanos:

Santos, Lázaro, Asención, Exequiel, Manuel, Lucrecia,

Concepción, Eusebia y María, por tan valioso apoyo

Y ser inyectores de entusiasmo y optimismo para el

cumplimiento de mi objetivo final.

Con mucho amor, cariño y afecto a Mónica

que con su comprensión, carisma , simpatía

y su sonrisa de niña grande me acompaño

en este camino , aunque nuestras vidas

desemboquen en mares diferentes.

José Mercedes Pazo Reyes



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DEDICATORIAS

El esfuerzo y dedicación que hemos puesto en esta tesis, está dirigido con

mucho cariño

A mis padres:

Antonio Pazo Pazo

Sebastiana Reyes Fiestas

cuyo afecto y comprensión ha sido mi inspiración.

A mis hermanos:

Rosario, Gregorio, Antonio, Manuel y José

que han sido mi aliciente y mi fortaleza.

Y a nuestros profesores por sus consejos que han sido parte de este

esfuerzo.

Santos Benito Pazo Reyes



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RESÚMEN

El presente trabajo: “OPTIMIZACIÓN DE LOS PARÁMETROS

TECNOLÓGICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL CONCENTRADO PROTEICO

DEL ALGARROBO”, permitió obtener los parámetros óptimos de: temperatura

y tiempo de extracción de 20°C y 15 minutos, respectivamente y una presión de

evaporación al vacío de 70 kPa. Parámetros adecuados para la elaboración de

un concentrado proteico de algarrobina de buena calidad y rendimiento.

En el desarrollo del proceso se efectuaron diversos análisis físicos y

organolépticos que permitieron establecer los mejores parámetros

operacionales del proceso productivo para la elaboración de un producto con

características uniformes.



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ABSTRACT

The present work: "OPTIMIZATION OF THE TECHNOLOGICAL

PARAMETERS FOR THE OBTAINING OF THE PROTEIN CONCENTRATE

OF THE ALGARROBO", allowed to obtain the optimal parameters of:

temperature and extraction time of 20 ° C and 15 minutes, respectively and a

vacuum evaporation pressure of 70 kPa. Parameters suitable for the

preparation of a protein concentrate of algarrobine of good quality and yield.

In the development of the process, several physical and organoleptic analyzes

were carried out that allowed establishing the best operational parameters of

the production process for the production of a product with uniform

characteristics.



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ÍNDICE

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Presentación

Agradecimiento ii

Dedicatorias iii

Resumen v

CAPÍTULO I: GENERALIDADES DEL ALGARROBO

1.1 Aspectos Botánicos del Algarrobo 2

1.2 Características del Árbol y Descripción del Fruto 3

1.3 Disponibilidad del Recurso Natural 5

1.4 Usos y Aplicaciones 5

1.5 Usos Potenciales del Algarrobo 7

1.6 Composicion Química de la Algarroba 8

1.7 Jarabe de Algarroba 8

1.7.1 Elaboración Artesanal 9

1.7.2 Procesamiento del Fruto del Algarrobo para Obtención

de Nuevos Productos 10



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1.7.3 Características Físicas y Químicas del

Jarabe Artesanal 11

1.8 Tratamiento Teórico de la Extracción Sólido – Liquido 12

1.8.1 Variables que Intervienen en la Extracción 14

1.8.2 Ecuaciones de Transferencia de Materia en la Lixiviación 15

1.8.3 Tipos de extracción 18

1.9 Tratamiento Teórica de la Filtración 20

1.1.1. Mecanismos de la Filtración 20

1.1.2. Cinética de la Filtración 22

1.1.3. Balance de Masas 23

1.1.4. Modelos para la Remoción de Partículas Suspendidas 26

1.10 Tratamiento Teórico de la Concentración 27

1.11 Comercialización del Jarabe de Algarroba 30

CAPÍTULO II: MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Material de Estudio 31

2.2 Selección del Método para la Extracción

y Concentración del Jarabe 32

2.2.1 Alternativa A: Vía Seca 33

2.2.2 Alternativa B: Vía Húmeda 35

2.2.3 Ventajas de las Alternativas 35

2.2.4 Desventajas de las Alternativas 36

2.2.5 Descripción de la Alternativa Seleccionada 36

2.3 Equipos y maquinaria 39



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2.3.1 Especificaciones de Equipos 40

2.4 Criterios de Evaluación de los Parámetros del Solvente 41

2.4.1 Determinación del Flujo del Solvente 42

2.4.2 Determinación del número de etapas en la extracción 42

2.4.2.1 Número de etapas Teóricas 42

2.4.2.2 Número de etapas Reales 43

2.4.3 Operación del Filtrado 43

2.4.3.1 Determinación del Medio Filtrante 42

2.4.3.2 Determinación de la Presión y Tiempo de Filtrado 43

2.4.4 Operación de Concentración 44

2.5 Control de Calidad 45

2.5.1 Control de Calidad en la Operación de Extracción 45

2.5.2 Control de Calidad en la Operación de Concentración 46

2.5.3 Control de Calidad en el Producto 46

2.5.3.1 Análisis Organoléptico 46

2.5.3.2 Análisis Microbiológico 47

2.5.3.3 Análisis Químico 47

2.5.3.4 Análisis Físico 47

2.6 Diseño de las Operaciones de Extracción y Concentración

del Jarabe de Algarrobo 48

2.2. Balance de Materia en las Operaciones de

Extracción y Concentración 49ddd

2.7.1 Balance de materia en la operación de extracción 48

2.7.2 Balance de materia en la operación de concentración 49



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CAPÍTULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Balance de materia en las operaciones de extracción

y concentración 49

3.1.1 Balance de materia en la operación de extracción 49

3.1.2 Balance de materia en la operación de concentración 50

3.2 Balance de energía en la operación de concentración 51

3.3 Resultados de la operación de extracción 53

3.4 Resultados de la Operación de Concentración 54

3.5 Resultados del Análisis Realizado al Producto Final 54

3.6 Determinación de las Condiciones óptimas 56

3.6.1 Condiciones en la Extracción 56

3.6.2 Condición Óptima de Concentración 56

CAPÍTULO IV: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Conclusiones 59

4.2 Recomendaciones 60

BIBLIOGRAFÍA 61

ANEXOS 63



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ÍNDICE DE FIGURAS

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Figura 1: Arbol de algarrobo 3

Figura 2: Fruto del algarrobo (algarroba) 4

Figura 3: Usos potenciales de la algarroba 8

Figura 4: Elemento del lecho filtrante 23

Figura 5: Extractor 39

Figura 6: Evaporador 41



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ÍNDICE DE CUADROS

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Cuadro Nº 1: Modelos para la remoción de partículas suspendidas 28

Cuadro Nº 2: Resultados de los ensayos para determinar la temperatura

óptima de Extracción 53

Cuadro Nº 3: Resultados de los ensayos para determinar

el tiempo de extracción 53

Cuadro Nº 4: Resultados de los ensayos para la determinación

de la presión y temperatura de concentración 54

Cuadro Nº 5: Resultados del análisis organoléptico 54

Cuadro Nº 6: Resultados de los análisis microbiológicos de algarrobo 54

Cuadro Nº 7: Resultados del análisis microbiológicos de algarrobina 55

Cuadro Nº 8: Resultados de análisis físicos y químicos 55



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ÍNDICE DE ESQUEMAS

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Esquema Nº 1: Esquema de la obtención de jarabe de algarroba por el

método tradicional 10

Esquema Nº 2: Procesamiento de los frutos del algarrobo 11

Esquema Nº 3: Esquema de los pasos a seguir a nivel de planta piloto 38



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ÍNDICE DE DIAGRAMAS

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Diagrama Nº 1: Contacto múltiple en corriente directa 18

Diagrama Nº 2: Balance de materia alrededor de una etapa 18

Diagrama Nº 3: Contacto múltiple en contracorriente 19

Diagrama Nº 4: Diagrama de bloques de las operaciones de extracción y concentración 49



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ÍNDICE DE MAPAS

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Mapa 1: Provincias del Departamento de Piura 32

Mapa 2: Distritos de la Provincia de Piura 32



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ÍNDICE DE TABLAS

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Tabla Nº 1: Número de hectáreas y producción de algarroba 5



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CAPÍTULO I

GENERALIDADES DEL ALGARROBO

El algarrobo es un árbol de zonas tropicales que se encuentra distribuido a lo

largo de la costa del Océano Pacífico, desde la parte central de la Argentina

hasta los estados del sur de los Estados Unidos de Norteamérica. Es nativa de

Perú, Colombia y Ecuador; naturalizada en Hawai, Puerto Rico y cultivada en la

India y Australia. En América Latina, además, lo encontramos en algunas

zonas de Bolivia, Chile y Brasil.

En el Perú se encuentra principalmente en la región de la costa norte, como

Piura, Tumbes y Lambayeque y siguiéndole en orden de importancia La

Libertad, lca y al sur hasta Tacna. También podemos encontrar esta especie en

algunos valles interandinos de la sierra y en algunas zonas de Ia selva, como

es Calca (Cusco) y Tarapoto (San Martín) respectivamente.

Los algarrobales son los bosques más importantes de la costa norte. Sus

características de adaptabilidad a las condiciones desérticas del medio, su

crecimiento en zonas con condiciones especiales de suelos pobres y carencia



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de agua, permiten que esta especie se desarrolle en los desiertos de

Chicama(Trujillo), Olmos (Lambayeque) y Sechura (Piura), cubriendo así una

extensa franja de la costa norte, llegando inclusive hasta Tumbes.

Los bosques secos de algarrobo representan una de las principales

formaciones vegetales de la costa peruana, se distribuyen formando bosques

naturales, principalmente en la costa norte: Tumbes, Piura y Lambayeque.

Dentro de los bosques secos en el Departamento de Piura destacan las

principales especies, como: algarrobo (Prosopis pallida), sapote (Capparis

angulata), bichayo (Capparis ovalifolia), palo verde (Cercidlum praecox), overo

(Cordia lutea), etc.

1.1 Aspectos botánicos del algarrobo

Reino : VEGETAL

Sub – Reino : CORMOPHYTAS

División : FANEROGRAMA

Sub – División : ANGIOSPERMA

Clase : DICOTILEDONEA

Sub – Clase : ARCHICLMIDEA

Orden : ROSALES

Familia : FABACEAE (Leguminosas)

Sub - Familia : MIMOSOIDEA

Nombre común : ALGARROBO

Género : PROSOPIS

Especie : Prosopis Pallida



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1.2 Características del árbol y descripción del fruto

El algarrobo (Prosopis pallida) es un árbol longevo con una gran capacidad

para vivir en el desierto debido a su habilidad para captar nitrógeno y agua

por sus largas raíces. Su tronco retorcido alcanza hasta 18 metros de

altura y 2 metros de diámetro, con largas ramas flexibles, algunas de ellas

espinosas.

Tiene una floración de dos veces al año, cuyas flores tienen la forma de

espigas amarillas pálidas. Su principal fructificación se da entre diciembre

y marzo, pero vuelve a dar fruto entre junio y julio, aunque en menor

cantidad.

Figura 1: Arbol de Algarrobo

El fruto es una legumbre o vaina, con medidas entre 16 y 30 centímetros

de largo por algo más de 1,5 cm. de ancho y 8 mm. de espesor. En

promedio cada vaina pesa unos 12 gramos.

El fruto se compone básicamente de los siguientes elementos, que son la

vaina exterior, la pulpa y las semillas, Estas están encerradas dentro de

una cáscara difícil de abrir y en promedio hay 25 por cada vaina. Todos



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los componentes del fruto del algarrobo tienen uso. Se calcula que cada

árbol rinde unos 40 kilos de fruto por año, con un promedio de 70 árboles

por hectárea.

Figura 2: Fruto del algarrobo (Algarroba)

A pesar que el algarrobo proporciona la mayor fuente de nitrógeno en las

zonas áridas y que a los diversos componentes de su fruto se le atribuye

propiedades nutritivas y medicinales, por la variedad de aminoácidos,

vitaminas (principalmente C y E) y minerales (potasio) que contiene,

además de su alto contenido de azúcar (sacarosa), anualmente son

depredadas unas 10 mil hectáreas de bosques, que son destinadas

básicamente para carbón de leña. Más del 50% del fruto se pierde en el

campo, un 15% se consume como alimento para ganado y el 35%

restante va a los mayoristas que lo venden para diversos usos. Entre

estos está el alimento balanceado para animales; una pequeña parte se

utiliza en la preparación del jarabe de la algarroba, conocido algarrobina,



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ideal para usos de coctelería, bebidas y algunos dulces que se preparan

artesanalmente.

1.3 Disponibilidad del recurso natural

El algarrobo es la especie predominante de la costa norte del Perú en

especial en el departamento de Piura y su mayor importancia se da por su

gran adaptabilidad a la aridez; su fruto es de gran importancia alimenticia

y económica, ofreciendo así un gran potencial para nuestros ecosistemas.

En la Tabla Nº 1, mostramos la disponibilidad del recurso en función a las

hectáreas cultivadas y su producción anual en toneladas para el

departamento de Piura.

TABLA Nº 1 NÚMERO DE HECTÁREAS Y PRODUCCIÓN DE ALGARROBA.

Nota: Si tenemos en consideración un factor de baja productividad, alrededor del 25

%. El total de algarrobo disponible sería de 211,86 Tm.

Departamento Zonas Hectáreas Producción (Tm)

Piura

Bajo Piura 85 100 127,65

Medio Piura 37 138 74,27

Alto Piura 15 427 49,46

Valle de Chira 7 931 18,24

San Lorenzo 2 300 7,36

Sector Algarrobo 1 100 5,50

Total 148 996 282,48



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1.4 Usos y aplicaciones

Por desconocimiento y falta de difusión de tecnologías para el

aprovechamiento sostenido del potencial de los bosques de algarrobo, se

practican actividades que contribuyen al deterioro de los mismos y con

ello el deterioro de la fauna, suelos y cambios climáticos negativos,

contribuyendo al avance de la desertificación de la región y en el país.

Dentro de los productos primarios que se obtienen del algarrobo,

tenemos:

Puño u hojarasca

Sirve como alimento para ganado ovino, caprino y animales menores

(conejo). También es usado para la elaboración de abonos orgánicos

(compost).

Algarroba

Sirve de alimento para todo tipo de ganado así como para el hombre:

café, jarabe, polvo soluble, etc. Además, es fuente de ingresos

adicionales al ser comercializada.

Apicultura

Los bosques de algarrobo son fuente importante de miel, néctares, polen,

cera, etc.

Madera

Es usada para construir viviendas, corrales para ganado, mangos para

herramientas, etc.



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Combustible

Los algarrobales son fuente de leña para el consumo familiar, la mayoría

de las familias asentadas en estos ecosistemas lo utilizan para la

preparación de sus alimentos.

Función protectora y de mantenimiento del medio ambiente

Gracias a que protege los daños al suelo y regula el clima.

1.5 Usos potenciales del algarrobo

Si tenemos en consideración el uso ancestral del jarabe de algarrobo, y

considerando su alto contenido de azúcares así como su alto contenido

de elementos nutrientes, sus posibles aplicaciones serían:

Como extracto azucarado para ser mezclado.

Como jarabe liofilizado como sustituto del cacao.

Para la obtención de siropes o azúcar líquida para uso industrial,

previa decoloración, entre otros.



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Figura 3: Usos potenciales de la algarroba

1.6 Composicion química de la algarroba

De los estudios realizados de la composición química de los frutos

provenientes del Departamento de Piura encontramos que el extracto

contiene entre 45 y 55% de azúcar. A continuación mencionamos los

métodos utilizados para los análisis respectivos:

Determinación de Humedad. Método ADAC, 13th 1980 Métodos Nº

14.00 – Nº 14.003

Determinación de Cenizas.- Método ADAC, 13th 1980 Métodos Nº

7.009



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Determinación de Grasas.- Método ADAC, 13th 1980 Métodos Nº 7.055

– Nº 31.032.

Determinación de Azúcares.- Método ADAC, 13th 1980 Métodos Nº

31.027 – Nº 31.0320. ver cuadro Nº 8.

1.7 Jarabe de algarroba

1.7.1 Elaboración artesanal

Almacenamiento, este se efectúa en forma rústica es decir

que el fruto es apilado en habitaciones o al medio ambiente,

sin el menor control respectivo. Este almacenamiento puede

durar de 6 a 8 meses.

Cocción, la algarroba previamente lavada es sometida a un

proceso de cocción, esta operación es efectuada en cilindros

los cuales son calentados por leños, de maderas del mismo

árbol.

Colado, es la siguiente operación artesanal, que consiste en

someter al extracto obtenido a un proceso de separación o

colado, con la finalidad de separar los sólidos remanentes.

Concentración, el extracto filtrado es sometido a un proceso

de calentamiento, los artesanos recurre al empleo de azúcar

de caña, con la finalidad de disminuir el tiempo que demora

esta operación.



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Envasado, se realiza en botellas de vidrio, de diversos

volúmenes y formas, sin tener ningún control en esta

operación. (Ver Esquema Nº 1)

RECOLECCIÓN

SECADO

COCCIÓN

TAMIZADO

CONCENTRADO

ENVASADO

Esquema Nº 1: Obtención de jarabe de algarroba por el método tradicional

1.7.2 Procesamiento del fruto del algarrobo para obtención de

nuevos productos

Selección, los frutos que estén enteros y que no tengan

plagas.

Lavado, lavado con agua el fruto para eliminar el polvo o

cualquier elemento extraño.

Deshidratado, mediante un horno a gas a 80 ºCelsius por

espacio de tres horas.



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Molienda, molino especial de martillo de acero inoxidable con

saranda.

Tamizado, separación del resultado de la molienda

obteniéndose harina fina, gruesa y producto residual mediante

un tamiz vibrador de acero inoxidable. (Ver Esquema Nº 2)

Esquema Nº 2: Procesamiento de los frutos del algarrobo

1.7.3 Características Físicas y Químicas del Jarabe Artesanal

Tomadas las muestras del jarabe artesanal producción en la

región de Piura, se procedió a efectuar el análisis físico y químico

correspondiente:

Análisis proteico: Método ADAC 13th Ed. 1980Métodos Nº

7.021 - 7.024



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Contenido de grasas: Método ADAC 13th Ed. 1980

Métodos Nº 7.055 - 7.056

Medida de acidéz: Método Potenciométrico

Medida de la densidad: Método de la Gravedad Específica

Porcentaje de sacarosa: Se determinó empleando el

refractómetro portátil ABBE medida en grados Brix.

Ver cuadro Nº 8.

1.8 Tratamiento teórico de la extracción sólido – liquido

La extracción sólido – liquido, llamada también lixiviación procede del latín

“Lixivia” que significa lejía. En Roma esta palabra se usaba para describir

los jugos que destilaban las uvas o las aceitunas antes de ser

machacadas. Hoy la palabra lixiviación se usa para describir el proceso

mediante el cual se lava una sustancia pulverizada con el objetivo de

extraer de ella las partes que resulten solubles.

La extracción es una operación básica de trasferencia de materia basada

en la disolución de uno o varios de los componentes de una mezcla, ya

sea líquida o que forme parte de un sólido, mediante un disolvente

adecuado. En la extracción líquido-líquido la materia a extraer está en un

líquido y en la extracción sólido-líquido en un sólido.

La extracción sólido-líquido se conoce también como lixiviación, si el

componente extraído es valioso; percolación cuando se hace referencia



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a la forma de llevar la operación, el disolvente se vierte sobre el líquido;

lavado si se pretende eliminar un compuesto no deseado de un sólido.

La forma de llevar a cabo la extracción dependerá de la proporción del

componente extraíble, de la distribución de éste en el sólido, de la

naturaleza del sólido y del tamaño de las partículas.

Cuando el compuesto extraíble está distribuido uniformemente en el

sólido, se disolverá, en primer lugar el soluto que esta en la superficie y el

sólido adquirirá una estructura porosa. A continuación el disolvente tendrá

que penetrar, a través de estos poros, a la estructura interna del sólido

para volver a disolver nuevo soluto, por lo que el proceso se verá

ralentizado. Las etapas que tienen lugar en la extracción sólido líquido

son:

• Cambio de fase del soluto al disolverse en el disolvente

• Difusión a través del disolvente existente en los poros del sólido

hacia el exterior de la partícula

• Transferencia del soluto desde el disolvente en contacto con la

partícula hacia la masa principal del disolvente

El soluto presente en el sólido ha de estar expuesto al disolvente, por lo

que en algunos casos el sólido ha de ser triturado previamente para

facilitar este contacto. Cuando los sólidos tienen estructura celular, la

difusión del disolvente a través de las paredes celulares se ve afectada

por una resistencia adicional creada por las paredes de la célula.



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1.8.1 Variables que intervienen en la extracción

Son aquellas variables que influyen en la velocidad de extracción, la

cual está limitada por la difusión del soluto a través de la estructura

porosa del sólido; el material debe se ser de pequeño tamaño para

que la distancia que recorra el soluto sea la menor posible. Con

estos condicionantes las variables más importantes son:

• Tamaño de partícula, cuanto más pequeño sea más será el

área de contacto entre el sólido y el líquido extractor,

favoreciendo la velocidad de transferencia de materia del sólido

al disolvente. Asimismo, se ve favorecida la difusión del soluto

hacia el disolvente por la menor distancia que ha de recorrer el

soluto por el interior del sólido. Por otra parte, es aconsejado que

el tamaño de partícula sea lo más homogéneo posible,

procurando que no haya demasiadas partículas pequeñas que

se alojen en los poros del sólido impidiendo el paso del

disolvente.

• El líquido disolvente extractor, debe de ser selectivo, y de baja

viscosidad para facilitar su flujo a través del sólido.

• La temperatura, que siempre es un factor favorecedor del

proceso para la velocidad de extracción. En cualquier caso el

límite máximo de temperatura vendrá determinado por otros

condicionantes.

• La agitación, incrementa la transferencia de materia desde la

superficie de la partícula hacia la masa de la disolución.



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1.8.2 Ecuaciones de transferencia de materia en la lixiviación

Una aproximación a la trasferencia de materia en el interior del

sólido se puede hacer mediante el concepto de una película

delgada como responsable de la resistencia a la transferencia de

masa, ecuación (1).

' ( )zk A c cdM

dt b

(1)

Donde,

M : es la masa de soluto transferido en el tiempo t,

k´ : es el coeficiente de difusión (difusividad de la fase

líquida),

A : es la superficie de contacto sólido-líquido,

c : es la concentración del soluto en la disolución en un

instante t,

cs : es la concentración de la disolución saturada en contacto

con las partículas,

b : es el espesor de la película delgada de líquido que rodea

a la partícula.

Si se considera un proceso discontinuo y un volumen total, V, de

disolvente; dM=Vdc y por tanto, la ecuación (1) se convierte en la

ecuación (2).

' ( )zk A c cdc

dt bV

(2)



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El tiempo necesario para que la concentración de la disolución

pase del valor inicial co

hasta c se halla por integración de la

ecuación (2), suponiendo b y A constantes y obtenemos la

ecuación (3).

0 'ln z

z

c c k At

c c bV

(3)

Si el disolvente es puro, co= 0 y la ecuación (3) se transforma en la

ecuación (4).

( ' / )(1 )k A bV t

sc c e (4)

Lo que indica que la disolución tiende a la saturación de forma

exponencial. Otras consideraciones son que el área de la superficie

de contacto tenderá a aumentar conforme avance la extracción, por

desintegración del sólido; en estas condiciones el fluido no puede

circular libremente y el espesor efectivo de b, se incrementará.

El efecto de la agitación sobre la velocidad de transferencia se

determinó experimentalmente midiendo la velocidad de disolución

de sales puras en agua. El grado de se expresó en función del

grupo adimensional (Nd2ρ/µ); siendo N el número de revoluciones

por unidad de tiempo, d el diámetro del recipiente, ρ y µ la densidad

y viscosidad del líquido, respectivamente ( ).

Para valores de (Nd2ρ/µ) menores de 67 000, se usa la ecuación

(5).



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L L

K d NdE

D D

(5)

Para valores de (Nd2ρ/µ), mayores de 67 000, se usa la ecuación

(6).

20,62 0,5

0,16( ) ( )L

L L

K d Nd

D D

(6)

Donde,

KL : tiene el mismo significado que (k´/d) y es el coeficiente de

trasferencia de materia,

DL : es la difusión de la fase líquida.

Experimentaciones similares se desarrollaron para determinar la

velocidad de difusión de un sólido en un líquido teniendo en cuenta

los coeficientes de trasferencia de calor, ecuación (7).

20,63 0,50,207( ) ( )

pChd Nd

k k

(7)

Para valores mayores de 67 000 de (Nd2ρ/µ); h es el coeficiente

de trasferencia de calor, k es la conductividad calorífica del líquido

y Cp

es el calor específico. Por las fórmulas anteriores se observa

que a elevada velocidad de agitación la relación entre

transferencia de materia y de calor es prácticamente

independiente de la velocidad de agitación,

0,50,77( )L L

p

K D

h C k (8)



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1.8.3 Tipos de extracción

Contacto múltiple en Corriente Directa. Este método consiste,

en subdividir la cantidad de disolvente a usar en cada etapa.

Ver Diagrama Nº 1.

Diagrama Nº 1 contacto múltiple en corriente directa

El flujo inferior o refinado (R) procedente de la primera etapa, se

pone en contacto con el nuevo disolvente en la segunda etapa,

separándose un extracto (E) y un refinado (R) este refinado

vuelve a ponerse en contacto con un nuevo disolvente y así

sucesivamente.

Aplicando el Balance de Materia alrededor de una etapa, de

acuerdo al diagrama n°2 se tiene.

F + D = E + R = M (9)

Fx + Dy = Ey + Rx = Mz (10)

X = ( Fx + Dy )/M (11)

Donde:

F = Alimentación

D = Disolvente

M = Cantidad de Mezcla

EN EN-1 E2

RN RN-1 R2

DN DN-1 D2 D1

R1

E1

F 1 N-1 N 2



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X = Fracción soluto

Y = Fracción de disolvente

x = Punto de mezcla

Diagrama Nº 2: balance de materia alrededor de una etapa

Contacto múltiple en contracorriente. En el esquema de flujo

que se muestra en el diagrama Nº 3. Para este tipo de extracción,

en que la alimentación y el disolvente entran por los extremos

opuestos del extractor, constituye el método de extracción más

empleado en la práctica industrial.

Diagrama Nº 3. Contacto múltiple en contracorriente

En E n- 1

F x

D1 y

R1 x

E 1y

1

1

2

D

R1

Rn - 1

N-1

N

F



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20

1.9 Tratamiento teórico de la filtración

La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y

coloidales presentes en una suspensión acuosa que escurre a través de

un medio poroso.

El avance logrado por la técnica de filtración es el resultado de un

esfuerzo conjunto dirigido a lograr que la teoría exprese los resultados de

las investigaciones experimentales, de tal modo que sea posible prever,

en el diseño, cómo va a operar la unidad de filtración en la práctica.

1.9.1 Mecanismos de la Filtración

Como las fuerzas que mantienen a las partículas removidas de la

suspensión adheridas a las superficies de los granos del medio

filtrante son activas para distancias relativamente pequeñas

(algunos ángstroms), la filtración usualmente es considerada

como el resultado de dos mecanismos distintos pero

complementarios: transporte y adherencia. Inicialmente, las

partículas por remover son transportadas de la suspensión a la

superficie de los granos del medio filtrante. Ellas permanecen

adheridas a los granos, siempre que resistan la acción de las

fuerzas de cizallamiento debidas a las condiciones hidrodinámicas

del escurrimiento.

El transporte de partículas es un fenómeno físico e hidráulico,

afectado principalmente por los parámetros que gobiernan la

transferencia de masas. La adherencia entre partículas y granos



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es básicamente un fenómeno de acción superficial, que es

influenciado por parámetros físicos y químicos.

Los mecanismos que pueden realizar transporte son los

siguientes:

a) cernido;

b) sedimentación;

c) intercepción;

d) difusión;

e) impacto inercial;

f) acción hidrodinámica, y

g) mecanismos de transporte combinados.

Los mecanismos de adherencia son los siguientes:

a) fuerzas de Van der Waals;

b) fuerzas electroquímicas;

c) puente químico.

¿Cuál de estos mecanismos es el que controla el proceso de

filtración ha sido asunto de largos debates.? Es indudable que no

todos necesariamente tienen que actuar al mismo tiempo y que,

en algunos casos, la contribución de uno o varios de ellos para

retener el material suspendido es quizás desdeñable.

Pero hay que tener en cuenta que dada la complejidad del

fenómeno, más de un mecanismo deberá entrar en acción para



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transportar los diferentes tamaños de partículas hasta la superficie

de los granos del medio filtrante y adherirlas.

1.9.2 Cinética de la filtración

No obstante el extenso conocimiento de los mecanismos de la

filtración, no se ha podido llegar a encontrar un modelo

matemático que describa con precisión el comportamiento de los

diferentes parámetros de operación de los filtros. No existe, hasta

ahora, ninguna fórmula o conjunto de fórmulas con las cuales,

asumidos determinados valores, se puedan calcular los diferentes

parámetros que inciden en el funcionamiento de un filtro.

Obviamente, esta dificultad no limita el hecho de poder determinar

los parámetros del proceso de filtración experimentalmente.

Resulta, entonces, conveniente realizar estudios con filtros piloto,

cuando se quiera conocer el comportamiento de un determinado

filtro con una cierta suspensión, ya que cualquier alteración en

esta o el medio filtrante significa un cambio en los parámetros del

proceso.

Sin embargo, los modelos matemáticos resultan útiles para la

mejor comprensión del proceso de filtración. Un gran número de

autores ha desarrollado expresiones matemáticas que establecen

relaciones entre las diferentes variables del proceso.



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1.9.3 Balance de masas

El balance de masas tiene una doble finalidad en el análisis de la

filtración. En primer lugar, conjuntamente con la ecuación que

describe la remoción de partículas suspendidas, permite

determinar la distribución de los depósitos en el medio filtrante en

función de la posición y del tiempo. En segundo lugar, el balance

de masas conduce a una expresión que hace posible conocer la

cantidad de sólidos removidos por unidad de volumen del medio

filtrante.

Figura. 4: Elemento del lecho filtrante

La Figura 4 representa un elemento del medio filtrante de área A y

espesor

∆L. La variación de la concentración de la suspensión está dada

por:

2 1( )c c c (11)

Donde:



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∆c = Variación de la concentración de partículas (volumen de

partículas suspendidas por volumen de suspensión).

c1 = Concentración de partículas suspendidas en el afluente

(L3/L3).

c2 = Concentración de partículas suspendidas en el efluente

(L3/L3).

Si se considera que Q es el caudal que escurre a través del

elemento y se admite que el depósito específico aumenta una

cantidad ∆σ, al transcurrir un intervalo del tiempo ∆t, se tiene que

el volumen de partículas removidas de la suspensión es:

. .cQ t

y el volumen de partículas acumuladas es:

. .a A L

Igualando ambas expresiones, se obtiene:

. . . .ac Q t A L (12)

Donde:

Q = caudal (L3T-1)

t = intervalo de tiempo (T)

a = variación del depósito específico absoluto (volumen de

sólidos/volumen de medio filtrante, L3/L3)

A = área, en planta, del elemento de volumen del medio

filtrante (L2)

L = espesor del elemento de volumen del medio filtrante (L)



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Reordenando la ecuación (12) se obtiene, en su forma diferencial,

la ecuación (13):

. 0acV

L t

(13)

Donde:

V = velocidad de filtración o tasa de filtración (Q/A)

La ecuación (13) representa la relación entre la variación de la

concentración de partículas suspendidas con la profundidad, y la

variación del depósito específico absoluto con el tiempo, para la

velocidad de filtración considerada.

La ecuación (13) fue propuesta por Iwasaki, hace más de 50

años, a través de estudios realizados en filtros lentos.

Muchas veces se considera al depósito específico efectivo (σ),

que refleja el volumen que efectivamente ocupan las partículas

removidas, para tener en cuenta de ese modo la porosidad de los

depósitos.

. a (14)

Donde:

σ = Depósito específico absoluto (volumen de depósito/volumen

de medio filtrante).

β = Relación entre el volumen de los depósitos y el volumen de

sólidos removidos.

De este modo, la porosidad local estará dada por:



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0 (15)

Donde:

εo = porosidad inicial (volumen de vacíos/volumen total del medio

filtrante)

ε = porosidad del medio filtrante

De la combinación de las ecuaciones (13) y (14) se obtiene:

1.

.

c

L V t

(16)

La ecuación (16) representa la variación de la concentración en

función del espesor del medio filtrante y demuestra que la tasa de

variación disminuye a medida que el depósito específico aumenta

con el tiempo de operación del filtro.

Combinando las ecuaciones (15) y (16), se obtiene:

1.

.

c

L V t

(17)

La ecuación (17) muestra que la tasa de variación de la

concentración de la suspensión, en función del espesor del medio

filtrante, disminuye a medida que la porosidad decrece con el

tiempo de operación.

1.9.4 Modelos para la remoción de partículas suspendidas

La ecuación (16) se puede utilizar para prever la variación de σ en

función de t, si se conoce la variación de C en función de L.



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Se han propuesto innumerables modelos para describir la variación

de la concentración de la suspensión a través del medio filtrante

(cuadro 1). Estos modelos presentan la siguiente forma general:

cF

L

(18)

La ecuación (18) establece que la reducción de la concentración de

partículas (c) a través de la profundidad del medio filtrante (L) es

función de la concentración de partículas (c), del depósito

específico ( σ) y de parámetros específicos del modelo.

1.10 Tratamiento teórico de la concentración

La evaporación es la operación de concentrar una solución

mediante la eliminación de disolvente por ebullición.

Los evaporadores químicos se clasifican en dos grupos: de

circulación natural y de circulación forzada. Los evaporadores de

circulación natural se usan unitariamente o en efecto múltiple para

los requerimientos más simples de evaporación. Los evaporadores

de circulación forzada se usan para líquidos viscosos, para los que

forman sales, y las soluciones que tienden a incrustarse.

Los evaporadores de circulación natural se clasifican en cuatro

clases principales:

a) Tubos horizontales



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Cuadro 1: Modelos para la remoción de partículas suspendidas

b) Calandria con tubos verticales

c) Tubos verticales con canasta

d) Tubos verticales largos



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La ecuación que gobierna este comportamiento es:

q = U . A . ∆ T (19)

Donde:

q = Flujo de calor

U = Coeficiente global de transferencia de calor

A = Superficie de calefacción

∆T = Diferencia entre el valor de agua y el líquido

de calor por radiación

En el caso más general, el calor que hay que transmitir para evaporar 1

Kg de agua se compone de:

El calor sensible necesario, para llevar a ebullición la solución

alimentada al evaporador.

Calor necesario para evaporar el agua a la temperatura de

ebullición.

Calor de concentración de la solución.

Pérdidas de calor por radiación.

En la práctica el segundo punto, es el más trascendente. Las ecuaciones

que pueden dar como resultado el coeficiente de transferencia total son:

F + Vo = V1 + L1 D (20)

Tendremos que un balance para el extracto

FxF = L1 * 1 (21)

Un balance global de Energía sería:

Vo + F hf = V1 H1 + L1 H1 (22)

Y la ecuación de proporción para la transferencia de calor es:



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Vo = U A (- ∆T) (23)

Donde:

F, Vo, V1, L1, D son los flujos de las corrientes que entran y

salen del evaporador.

1.11 Comercialización del jarabe de algarroba

En la comercialización el jarabe de algarrobo, es denominado

algarrobita, el cual es utilizado como saborizante en jugos,

cócteles, dulces, etc.

Su consumo aunque conocido no es masivo, es un posible

mercado potencial con la finalidad de tenerlo como un alimento

permanente en la alimentación diaria. Lo importante es contar con

un producto de calidad, sin adulteraciones y una marca conocida.

Si logramos este producto en tales condiciones, se tendrá un

mercado seguro y próspero.



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CAPÍTULO II

MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Material de estudio

El material de estudio lo constituye el fruto del árbol del algarrobo que en

el Perú se encuentra distribuido principalmente en la costa norte,

específicamente en el Departamento de Piura.

La orientación exportadora de los ricos valles de la región, que aprovecha

su clima seco y cálido y la facilidad de acceso al puerto asociada al

desarrollo del mejoramiento de las tecnologías de riego; evidencia la

necesidad de investigar en temas relacionados al mejoramiento de la

calidad de los productos de la región, como es el caso de la algarrobina.

Para el desarrollo del presente trabajo se seleccionó al Valle San Lorenzo,

epicentro del boom agroexportador piurano, ubicado en la Provincia de

Piura y comprende los Distritos de Tambo Grande y Las Lomas. (Ver

mapas 1 y 2)



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Las razones para elegir a este Valle se deben a la existencia de una

pequeña planta piloto que funciona artesanalmente y que su correcto uso

permitirá mejorar la calidad del producto.

Mapa 1: Provincias del Departamento de Piura

2.2 Selección del método para la extracción y concentración del

jarabe

Tenemos dos alternativas, la primera,es la denominada VIA SECA o

alternativa A, la segunda es la denominada VÍA HÚMEDA o

alternativa B.



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Mapa 2: Distritos de la Provincia de Piura

2.2.1 Alternativa A: Vía Seca

Cosecha. En esta etapa se recolectan, las vainas maduras,

que se encuentran generalmente en el suelo, esta actividad la

realizan los pobladores de las zonas rurales, entre los meses

de Enero-Abril.

Limpieza. Esta operación consiste en la separación manual

de las vainas en mal estado y, de otros objetos extraños que

pueden ser causantes de problemas posteriores. Si esta

operación se realiza manualmente, se puede decir que una

persona puede limpiar un promedio de 150Kg de vainas en

una Jornada de trabajo de 8 horas.



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Secado. Esta operación es realizada por cargas. Se define

como el transporte de las vainas por medio de una faja de 4 x

3 x 2 m dentro del secador. La capacidad será de 20 m3 o

unos 2 000 Kg de algarroba por carga.

Molienda. Esta operación, consiste en someter las vainas

limpias y secas a una trituración total, con la finalidad de

disminuir el tamaño de partícula y aumentar la superficie de

contacto entre el soluto a extraer y el solvente. Generalmente,

esta operación suele realizarse en molinos de discos. La

eficiencia de esta operación estará en función de la humedad

del fruto, la cual debe estar entre el 3 y 5 %.

Tamizado. Consiste en separar las partículas iguales o

mayores a 3 mm de diámetro.

Extracción o lixiviación. Se efectúa teniendo en

consideración los cálculos efectuados por el autor, mediante el

empleo del software Matlab. La extracción se puede efectuar a

diversas temperaturas.

Filtración. Esta operación se realiza con la finalidad de

separar, las partículas finas del jarabe, para poder llegar a

obtener un producto de calidad aceptable.

Concentración. Se efectúa con la finalidad de evaporar la

mayor cantidad de solvente posible en este caso lo es el agua.

La concentración se puede realizar de dos formas: la primera

a olla abierta, es decir a presión normal o presión atmosférica,



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y la segunda a presión de vacío. Concentrar a presión de

vacío, consiste en concentrar utilizando una bomba de vacío

que está conectada al concentrador. Al disminuir la presión

también disminuye la temperatura de concentración.

Estabilizado. Consiste en agregar glicerina y alcohol en un

5% respectivamente.

Envasado. Consiste en efectuar el llenado de envases

esterilizados, a una temperatura promedio de 70 grados

centígrados, con la finalidad de efectuar un control enzimático.

2.2.2 Alternativa B: Vía Húmeda

Se diferencia de la alternativa A o Vía seca, en que esta

operación no realiza las etapas de secado y molienda.

En el esquema Nº 3 se observa las etapas efectuadas. Se ve que

se realiza el trozado del fruto, para luego efectuar la flotación de la

semilla, que es separada en esta parte de la operación. Después

todas las operaciones son las mismas descritas anteriormente.

Solamente al efectuar estas dos modificaciones, variamos

sustancialmente la cantidad de energía requerida para uno y otro

proceso.

2.2.3 Ventajas de las alternativas

- Alternativa A o vía seca.- Se logra una mayor conservación

de la materia prima.



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- Alternativa B o vía húmeda.- Permite un proceso continuo de

la materia prima.

- Nos permite, el ahorro de energía del proceso de secado.

2.2.4 Desventajas de las alternativas

- Alternativa A o vía seca.- Se tendrá que contar con silos

debidamente diseñados, con la finalidad de lograr almacenar

este fruto. Si bien este no es de alta densidad, si ocupa un

volumen considerable, por lo que se tiene que contar con

grandes áreas de almacenamiento.

- Alternativa B o vía húmeda.- Tiene que efectuarse, como un

proceso continuo.

2.2.5 Descripción de la alternativa seleccionada

La alternativa seleccionada se denominada vía húmeda o

alternativa B. Esta alternativa fue considerada como la más

viable en nuestro medio, por su menor costo de operación.

La tecnología a utilizar se desarrolló a nivel de Planta Piloto. Las

operaciones efectuadas a este nivel son básicamente la

extracción por solvente en fases sólido – líquido y la de

concentración tanto a presión atmosférica como a presión menor

que la atmosférica o de vacío.

A continuación se describe las etapas a desarrollar para la

obtención del producto: algarrobina.



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Recepción de materia prima.- Esta operación se realiza al

llegar el algarrobo a la planta de procesamiento. Se efectúa el

muestreo correspondiente de la materia prima, con la finalidad

de efectuar los análisis de composición. Así mismo,

posteriormente tomar las medidas de limpieza adecuadas,

para determinar la cantidad de solvente adecuado.

Selección y acondicionamiento de la materia prima

apropiada .- En esta etapa se trabaja manualmente, es decir

se seleccionaron los frutos y se separaron objetos extraños,

que pudieran dañar equipos posteriores. Para esta operación

se puede tener en consideración que una persona, en una

jornada de 8 horas podrá seleccionar entre 120 a 150 Kg de

algarroba. Paso siguiente, es la operación de trozado para lo

cual se utilizó el trozador Bucher Nº2.

Determinación de la operación de extracción.-

Representado por la lixiviación en el Esquema N°3.



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Esquema Nº 03 Esquema de los pasos a seguir a nivel de planta piloto



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2.3 Equipos y maquinaria

A continuación se listan los equipos y maquinaria, utilizados en el

acondicionamiento y extracción del jarabe.

01 Balanza

01 Clasificador

02 Trozador

1 Juego mallas milimétricas

02 Estractores

01 Evaporador

Figura 5: Extractor



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2.3.1 Especificaciones de equipos.

Principales equipo de una planta de procesamiento de Jarabe de

algarroba.

Balanza.- De gran capacidad, 0 – 1000 kg pudiendo ser

mecánica, automática o digital.

Clasificador.- Faja transportadora de 4 m de largo, con

aspersores de agua para lavado con motor de 5 Hp.

Trazadores.- Molinos Tipo Bucher de paredes dentadas, con

capacidad de 100 Kg. Hr.

Separador de Semillas.- Malla vibratoria de acero inoxidable

de 3,15 mm y 2 Hp de potencia.

Extractores.- Tipo tanque agitado y enchaquetado, para

efectuar un precalentamiento.

Filtro Prensa.- Este equipo es del tipo de placas y marcos.

Tanque Decantadores.- De acero inoxidable con capacidad de

300 L

Concentrador.- De acero inoxidable diseñado para trabajar al

vacío.

Marmita.- Esta será una alternativa al concentrador de vacío,

cada una tendrá una capacidad de 501 L, calentados por

vapor.



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Llenador automático de jarabe.- Este equipo deberá llenar 17

pomos de 800 g. /min.

Figura 6: Evaporador

2.4 Criterios de evaluación de los parámetros del solvente

Los parámetros más importantes para este tipo de operación con

temperatura y volumen del solvente a emplear son las siguientes:

Temperatura ambiental, el solvente empleado es el agua,

utilizado como agente extractor de los azúcares presentes en

la algarroba. Se estimó trabajar a temperatura ambiental, con

la finalidad de ahorrar energía la cual es cada día más

costosa. El contacto entre el soluto y el solvente es en forma e

cargas en tanques agitados.

Temperatura óptima, esta temperatura se determina

efectuando múltiples ensayos.



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Volúmenes diversos, al igual que el anterior parámetro, se

determinó la cantidad de solvente teórico y luego la cantidad

de solvente real.

Volúmenes aproximados, Como la relación teórica nos

indica una cantidad, aproximaremos esta relación a una

relación práctica más operativa que nos permita trabajar con

un rango adecuado de eficiencia. Esta relación, se consideró

como una relación 3:1 solvente – soluto.

2.4.1 Determinación del flujo del solvente

El solvente a emplear se tratará de dos formas, la primera como

un flujo paralelo y la segunda como un flujo en contracorriente.

Flujo paralelo, este método de extracción que consiste en la

repetición del proceso de extracción para una etapa. Se tendrá

en consideración que este método no es utilizado

industrialmente por su pobre rendimiento.

Flujo de contracorriente, en este caso se usa un diagrama

rectangular, que representa el proceso de extracción en

contracorriente.

2.4.2 Determinación del número de etapas en la extracción

2.4.2.1 Número de etapas teóricas

Este número de etapas se determinó por el método gráfico.

Teniendo en cuenta los siguientes datos:



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F : Kg Alimentación

A : % Azúcares

H : % Humedad

Y : % Insolubles

B : % Eficiencia

R : Kg Retención

N : Kg Concentración final

Los datos alimentados al ordenador fueron obtenidos del análisis

efectuado a la materia prima que ingresó a planta.

2.4.2.2 Número de etapas reales

Se considera el número de etapa real, como la relación.

Eficiencia x No etapa ideal = No etapa real

2.4.3 Operación de filtrado

Esta Operación Unitaria nos permite separar la fibra del extracto

obtenido.

2.4.3.1 Determinación del medio filtrante

Después de varios ensayos, con diversos materiales como

medios filtrantes, se utilizó como membrana separadora la tela

denominada “tocuyo”, tela de trama que dio excelentes

resultados. Dado que el medio filtrante lo forman la fibra retenida

y la tela propiamente dicha.



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2.4.3.2 Determinación de la presión y tiempo de filtrado

En la operación de filtrado se utiliza una bomba hidrostal con las

características siguientes:

velocidad 1700rpm, potencia 3hP, y frecuencia 60 Hz

La presión de filtrado, obtenida con un filtro prensa de placas y

marcos (13 placas/marcos) fue medida por medio de

manómetros a la entrada y salida del mismo, las unidades fueron

kPa/cm2.

2.4.4 Operación de concentración

Esta operación unitaria, nos permite evaporar el agua y obtener el

jarabe a la concentración adecuada, esta concentración está en

función al sabor del producto.

Para esta operación se utilizaron los siguientes equipos:

Batería de marmitas, calentadas a vapor.

Olla a presión de vacío, calentada a vapor.

Refractómetro Portátil.

Termómetro.

Esta operación, se efectuó en una batería de marmitas de 25 lts

cada una (3 marmitas), utilizadas en un 60% de su capacidad.

El extracto a un promedio de 20 grados brix, entra a ebullición a

los 110 grados Celsius llegar a los 70 grados brix demora 4,15

horas.



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En esta operación se utilizó un concentrador al vacío. El extracto

que ingresó a 20 grados brix y salió a 70 grados brix, fue tratado a

0,7 bar y a una temperatura de 72 ºC. Dicha operación demoró

2,10 hrs.

En la concentración al vacío, podremos tener variables de

temperatura, conforme variemos la presión de concentración. La

temperatura óptima de concentración, será aquella que nos

permita concentrar en un menor tiempo y a la menor temperatura

posible, con la finalidad de no someter este producto natural, a

elevadas temperaturas y tiempos muy prolongados; lo cual sería

perjudicial para un producto de esta naturaleza.

2.5 Control de calidad

2.5.1 Control de calidad en la operación de extracción

Efectuar el control de calidad en esta operación unitaria, consiste

en mantener la calidad de la extracción, tanto a nivel de operación

en si, como a nivel microbiológico.

Decimos que consideramos la calidad a nivel de operación

unitaria, porque tenemos un parámetro que mantener durante

esta operación, el cual es el de 20 grados brix. También decimos

que nuestro control de calidad a nivel microbiológico es otro factor

que debe controlarse pues es de vital importancia para un

producto grado alimenticio.



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2.5.2 Control de calidad en la operación de concentración

Para este caso, también tendremos los mismos factores que

controlar y mantener, pero el parámetro en esta operación unitaria

será de 70 grados brix, para cualquiera que sea el método de

concentración.

2.5.3 Control de calidad en el producto.

2.5.3.1 Análisis organoléptico

La valoración sensorial, es una función que la persona realiza y

que la lleva a aceptar o rechazar los alimentos de acuerdo con las

sensaciones experimentadas al observarlos o ingerirlos.

La necesidad de adaptarse a los gustos del consumidor, obliga a

que de una forma u otra se intente conocer, cuál será el juicio

crítico del consumidor en la valoración sensorial del producto

alimentario. Es evidente la importancia que tiene para el técnico

en la Industria Alimentaria los sistemas y herramientas que

permitan conocer y valorar las cualidades organolépticas del

producto que elabora, y la repercusión que los posibles cambios

en su elaboración o en los ingredientes puedan tener en las

cualidades finales.

Por esto, es lógico que en las técnicas de control de calidad de

los productos alimentarios, sea de gran importancia definir,

mediante parámetros objetivos, estas sensaciones subjetivas que



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experimentarán los consumidores de los alimentos y que

condicionarán la aceptación o rechazo del producto.

2.5.3.2 Análisis Microbiológico.

Este análisis fue efectuado en los Laboratorios de FIQ-UNT-

LASASI, para todos los muestreos realizados durante los

procesos de producción.

Resultados de estos análisis, se muestran en los cuadros Nº 6 y

Nº 7.

2.5.3.3 Análisis Químico.

Dentro de los análisis, efectuados se tienen los siguientes:

Oligoelementos. El método desarrollado fue por Absorción

Atómica, utilizando los patrones del manual Perkin Elmer

para los ensayos de Fe, Cu, K, Ca. Mg, Na, Mn.

Fosfatos. El método desarrollado, para este análisis fue el

método colorimétrico.

Contenido Proteico. Se determinó por el método Kjeldahl.

2.5.3.4 Análisis Físico

A las muestras obtenidas, se le efectuaron los siguientes análisis

físicos:

Sólidos Solubles, mediante el refractómetro Adbe.

Humedad, siguiendo el método 31.005 ADAC.



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Cenizas, siguiendo el método 7.009 ADAC.

Acidez , utilizando el método potenciométrico.

Los Resultados de estos análisis se presentan en el cuadro Nº 8.



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Vapor

de agua

CAPÍTULO III

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Balance de materia en las operaciones de extracción y

concentración

Diagrama Nº 4. Diagrama de bloques de las operaciones de extracción y concentración

3.1.1 Balance de materia en la operación de extracción

Sea F= Alimentación, Z= Agua suministrada , I = Inerte en la

alimentación, J = Disolución retenida, G = Disolución separada como

extracto

F + Z = G + W, siendo W = J + I ( 24 )

De donde

Vs

Extracto

Es

Ei

W

G

EXTRACTOR

FILTRO

F

Z

EXTRACTO

FIBROSO

EVAPORADOR



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G = F + Z - J - I ( 25 )

Reemplazando valores tenemos:

G = 15 + 33 - 16,5 - 7,5= 24 kg.

DATOS

Alimentación : F = 15,0 kg

Azúcares : A = 40,0 %

Humedad : H = 10,0 %

Insolubles : NS = 50,0 %

Retención : RT = 2,2 kg

Concentración Final : xEs = 0,2

Eficiencia : Ef = 80,0 %

3.1.2 Balance de materia en la operación de concentración

Considerando Ei como extracto que ingresa; Es, como extracto

que sale. El balance en el proceso de concentración se

representa mediante la ecuación ( 26 ).

Ei = Vs + Es ( 26 )

Despejando Vs, vapor de agua requerido se tiene la ecuación

(27).

Vs = Ei - Es ( 27 )

Sustituyendo valores, se obtiene.

Vs = 24 Kg - 6,85 kg.

Vs = 17,15 kg.



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El rendimiento de todas las operaciones efectuadas está dado por

la relación entre el extracto o jarabe obtenido y la cantidad de fruto

que ingresa.

Rendimiento = Extracto Obtenido / Alimentación.

R = (6,85 kg/15 kg) x 100

R = 45,6 %

Resultados de los cálculos

Soluto en la alimentación S = 6,0 kg

Disolvente en la alimentación D = 1,5 kg

Inerte en la Alimentación I = 7,5 kg

Flujo Inferior = 0,4545

Cantidad de azúcar a separar = 4,8

Cantidad de Agua Necesaria L = 19,2

Disolución separada como extracto G = 24,0 Kg

Disolución Retenida J = 16,5 Kg

Contenido del Refinado W = 24,0 Kg

Agua suministrada Z = 33,0 litros

3.2 Balance de energía en la operación de concentración

Haciendo un balance de entalpía en el evaporador, denominado

también concentrador, obtenemos la ecuación ( 28 ), que nos permite

calcular el requerimiento de vapor de agua necesario para concentrar

la algarrobina.



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( ) ( )i s s i p Es EiE V E C t tV

( 28 )

Donde:

V= Flujo de vapor requerido para concentrar la algarrobita, Kg.

Ei = Extracto filtrado, que se alimenta al evaporador, Kg.

Vs = Vapor de agua eliminado en el evaporador, kg.

= Calor latente del vapor de calefacción a 100,00 kPa, kJ/Kg.

s = Calor latente del vapor eliminado en el evaporador, a 70,00

kPa.

Cp = Calor específico de la algarrobita, kJ/Kg.

tEs = Temperatura de la solución concentrada, K

tEi = Temperatura de la alimentación al evaporador, K

Sustituyendo valores en la ecuación (28), se obtiene:

(23 18,6)2271,33 23*2,3(89, 46, 22)

2253,33V

V= 2,8510 Kg de vapor de agua

El calor requerido será el producto del vapor por su calor latente:

Q=2253,33*2,8510 = 6423,303 kJ



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3.3 Resultados de la operación de extracción

Temperatura Celsius Grados Brix

15 12

20 22

25 21

30 22

50 23

70 23,5

Cuadro Nº 2. Resultados de los ensayos para determinar la temperatura óptima de extracción

TIEMPO GRADOS BRIX

5 15,2

10 17,4

15 22,0

20 22,2

25 22,2

Cuadro Nº 3. Resultados de los ensayos para determinar el tiempo de extracción



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3.4. RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DE CONCENTRACIÓN.

Presión (kPa) Temperatura (ºC) Tiempo (h)

70,00 70.0 1.90

60,00 75.7 2.35

49,00 81.3 3.00

39,00 85.9 3.15

100,00 105.0 4.00

Cuadro Nº 4. Resultados de los ensayos para la determinación de la presión y temperatura de

concentración

3.5 Resultados del análisis realizado a producto final

JARABE ASPECTO SABOR

Artesanal Oscuro intenso Azucarado

Prod. Mejorado Oscuro tenue Fruto: algarroba

Cuadro Nº 5. Resultados del análisis organoléptico

MEDIO MUESTRA DESCRIPCIÓN

Em Piura Grande, irregular, opaca, rugosa.

Mc Piura Pequeña, redonda, rosada

Mc Piura Pequeños puntos rojos

Mc Piura Regulares coloración rosada

Cuadro Nº 6. Resultados de los análisis microbiológicos de

algarrobo



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Cuadro Nº 7. Resultados de análisis microbiológicos de algarrobina

Análisis Algarroba Jarabe Artesanal Jarabe Mejorado

Humedad % 8,9 – 12,2 ------ -------

Proteína Total % 9,5 – 10,4 0,3 – 0,5 4,91 – 5,05

pH ----- 3,7 – 3,9 3,3 – 3,5

Densidad gr/cm3 ----- 1,6 – 1,8 1,3 – 1,4

Grados Brix 40 – 50 80 – 85 65 – 70

Grasas % 9,5 – 10,7 0,3 – 0,5 0,8 – 0,9

Cenizas % 3,4 – 3,7 ----- -----

Fosfatos ppm 3,85 2,9 2,95

Potasio % 0,91 0,8 0,91

Calcio % 0,12 0,5 0,62

Magnesio % 0,10 0,01 0,04

Sodio % 0,11 0,09 0,12

Fierro ppm 31,38 ----- 10,20

Cobre ppm 4,00 ----- 0,15

Zinc ppm 12,40 ----- 6,95

Manganeso ppm 5,15 ----- 2,12

Cuadro Nº 8: Resultados de análisis físicos y químicos

MEDIO MUESTRA DESCRIPCIÓN

Mc Planta ----------------

Mc Artesanal Colonia pequena rosada



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3.6 Determinación de las condiciones óptimas

3.6.1 Condiciones en la extracción

La extracción debe efectuarse por el método de múltiples etapas,

las cuales se han determinado por cálculos del autor,

considerando la variación de los cambios en los parámetros de

humedad, contenido de azúcares, e insolubles. Estos, nos dan la

cantidad de etapas necesarias para efectuar la extracción, así

como, la cantidad de agua a usar en cada caso.

3.6.2 Condición óptima de concentración

Para 24 kg de extracto azucarado la presión de operación al vacío

fue de 70 kPa a una temperatura de 89,46 ºC en un tiempo de

2,10 hrs.

Los análisis de las pruebas realizadas con los 15 kg de algarroba

trozada y sin semilla, y; tratados con 33 litros de agua, muestran

que para un aumento de 50 ºC solo se recupera 1,5 grado brix

adicional, por lo que se elige 20°C como temperatura óptima. Esta

temperatura, es muy próxima a la temperatura ambiente y evita el

uso de energía calorífica no necesaria, en la etapa de extracción.

En el cuadro Nº 3 se observa que el tiempo óptimo de extracción

es de 15 minutos, ya que una mayor permanencia no altera

significativamente la concentración final. Estos resultados,

muestran que la extracción de los azúcares contenidos en el

algarrobo se debe efectuar usando el método de múltiples etapas,



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por ser el de mayor eficiencia, alrededor de 80% para esta

operación. Es decir, se pueden extraer el 80% de los azúcares

presentes en los 15 kg de algarrobo que ingresan como

alimentación.

En el cuadro Nº 4, se observa que operando a una presión

manométrica de 70 kPa, se requiere de un tiempo 1,90 hrs y una

temperatura de 70 ºC; mientras que a una presión de 100 kPa u

olla abierta, la temperatura es de 105 ºC para un tiempo de 4,00

hrs. Por lo tanto, una concentración al vacío (70 kPa) es más

recomendable en cuanto a tiempo de proceso y menor

temperatura, lo cual permitirá el ahorro de energía y la

conservación de ciertas características organolépticas del

concentrado.

El cuadro N°5, indica que el extracto de algarrobo producido por

el método de extracción en frío y con ausencia de semilla, se

diferencia por tener un aspecto más claro que la algarrobina

comercial que conocemos. Asimismo, según el análisis con

respecto al sabor, mientras el producto mejorado mantiene el

sabor del fruto, el producto comercial presenta un sabor más

azucarado.

Los análisis microbiológicos de una muestra de algarroba, que se

presenta en el cuadro 6, se caracterizó por presentar colonias

en el medio Extracto de Malta, por lo que los frutos se lavaron

con desinfectante Bacduxin al 0,5%.



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El análisis de la algarrobina mostró un recuento de

enterobacterias negativo, cuadro 7. En estos análisis, Mc significa

medio de Maccounty y Em, extracto de malta.

El cuadro Nº 8, revela que el algarrobo es una fuente importante

de oligoelementos como: fierro, cobre, zinc, manganeso. Así,

como de proteína, fosfato y calcio.

En el mismo cuadro y en cuanto a los jarabes, se observa que el

contenido proteico del jarabe mejorado supera sustancialmente al

producido a nivel artesanal. El contenido de azúcar disminuye de

82,5 a 67,5 valores promedio, a favor del jarabe producido en la

planta piloto.

Respecto a la recuperación de potasio, calcio, magnesio, sodio y

fierro mejora significativamente con el método propuesto.



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CAPÍTULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Conclusiones

La temperatura óptima de extracción fue de 20 grados Celsius.

El tiempo óptimo de extracción fue de 15 minutos.

La presión óptima para la concentración fue de 70 kPa por su

incidencia en el menor tiempo de operación.

Los parámetros óptimos de temperatura, tiempo y presión,

permitieron obtener resultados satisfactorios en relación a los

análisis organolépticos y microbiológicos del producto.

La tecnología propuesta para la producción del jarabe de

algarroba, permitió obtener mejores resultados con respecto al

método tradicional.



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4.2 Recomendaciones

En la determinación de la temperatura óptima debe considerarse

el tiempo del proceso de extracción máximo.

Para estudios posteriores se debe considerar la incidencia del tipo

de equipo en la determinación del tiempo óptimo de extracción.

En lo posible, se debe considerar presiones al vacío para el

proceso debido a que evita que se deteriore el contenido proteico

del jarabe de algarroba.

Se debe efectuar un control microbiológico de todo el proceso.

Se recomienda implementar una planta para el aprovechamiento

integral del algarrobo, pues se observa que el Departamento de

Piura tiene fuertes potencialidades de desarrollo agroindustrial.



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BIBLIOGRAFÍA

1. ESTRADA LEYLA DRE. “Estudio técnico económico para la instalación

de una planta para la elaboración de algarrobita en Piura”. Tesis I La

Molina Lima 1994.

2. HOUSI ALAN “Principio de operaciones unitarias” Ed. CECSA México

1999.

3. MEYER DANIEL. “Processing utilization and Economics of de Mesquit

Posd, as a raw material for the Food Industry” Tesis de Doctorado Eib.

Politécnico Federal Zurich. Suiza 1996.

4. INRENA - Proyecto Algarrobo : Experiencias en el Manejo Participativo

de los Bosques Secos del Norte del Perú.

5. METODOS DE ANALISIS ADAC. 13 th Ed. 1996.

6. OCON GARCÍA, TOJO BARREIRO Problemas de Ingeniería Química

operaciones unitarias básicas con transferencia de masa. Ed. Mac Graw

Hill. México 1984.

7. PERRY JHON “Manual del Ingeniero Químico”, Tomo 1º Ed. Mac Graw

Hill. México 1984.

8. PERASON J.B “The Chemical Análisis of foods Academia Press” Ed. Nº

6. New York. 1996.



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9. TREYBAL E. ROBERT “Operaciones con Transferencia de masa” Ed.

Mc Graw Hill. México. 1980.

10. BAUCH G.H. “Fabricación de mermeladas”. Ed. Acribia S.A. España

2000.

11. VALDRÍA BRUNO BAIDO. “Características Químicas y Nutricionales de

la semilla de algarroba (Prosopis Juliflora)”. Revista de la Asociación

Brasileira del algarrobo. Vol. 1.2000.

12. VAYTRON, Edgar. Estudio del algarrobo. Edit. CECSA México 1999.

13. WATSON L. 1988 “Análisis del fruto del algarrobo” 1ª edición; Editorial

Hispano Americana S.A. Buenos Aires pg. 78-80.

14. ZAPATA, Robert. 1997. “Proceso de la Algarrobita. Tesis UNA Molina.

Lima 1999”.



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ANEXO1: DISTRITO DE LAS LOMAS

Ubicación:

Departamento de Piura

Provincia de Piura

Capital: pueblo Las Lomas

Límites:

Los mismos que los de las haciendas: Las Lomas, Yuscay, Cacaturo, Chipillico,

Pampa, Elena, Pilingará, Pichones y Lagartos.

Actividad económica:

Una agricultura floreciente y dinámica se observa en territorio piurano, producto

de la construcción de la represa de San Lorenzo, que permitió a los

campesinos y empresarios agrícolas de Piura, Tambogrande, las Lomas,

Sullana, y Paita, obtengan áreas de cultivo.



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Bosque seco:

Los bosques secos están constituidos por ecosistemas frágiles y áridos que se

desarrollan en áreas donde hay prolongados periodos de sequía;

predominancia de altas temperaturas (entre 24 a 27 grados C); una vegetación

arbórea, arbustica y herbácea adaptada al estrés hídrico; composición florística

reducida, predominando especies forestales como el algarrobo (prosopis

pallida), el sapote, el palo santo, el vichayo; el faique, y un poco variada fauna

integrada por aves, pequeños reptiles y mamíferos.

Los bosques secos de algarrobo brinda muchos beneficios a la población de

esta región. Los pobladores utilizan la hojarasca (“puno”) para la alimentación



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del ganado, la algarroba, que es el fruto y sirve de alimento para todo tipo de

ganado, así como para el hombre (café, yupicin, algarrobina, harina, polvo

soluble, galletas, etc), por su alto contenido de carbohidratos y proteínas.

Además, es fuente de ingresos adicionales, al ser comercializada

oportunamente. Su flora es base para el desarrollo de la apicultura, ofreciendo

miel, polen, cera y propóleo (sustancia con que bañan las abejas la colmena).

Del mismo modo, se utiliza la madera, en la construcción de viviendas, postes,

mangos para herramientas. Y finalmente, los algarrobos son fuentes de leña

para el consumo familiar, además que protegen los suelos y regulan el clima de

la zona.



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ANEXO 2: DISTRITO DE TAMBO GRANDE

El espacio geográfico de lo que hoy conocemos como Distrito de Tambogrande

y Valle de San Lorenzo, estuvo poblado desde muchísimos años atrás. Desde

cuando vivía en cuevas, y se alimentaba de la recolección de frutos y de la

caza de animales, que se desarrollaban en los bosques secos, esto nos lo

confirma los dibujos (pintura rupestre o petroglifos) encontrados en piedra en

las zonas de Palo Negro (flechas en diversas direcciones, monos, serpientes,

etc.) o en Guaraguaos Bajo (las caras de diablitos).

Actividad económica

Con el tiempo se convirtió en el eje económico productivo agrícola más

importante de la Región. Su producción frutícola de limón, papaya, etc más

importante del país. También se cultiva el algodón, arroz y últimamente el

marigold entre otros.

El agro no se ve ya solamente como proveedor de alimentos. Un nuevo

concepto de agro recorre los países, mas como una necesidad que como una

moda. Lo hace para ampliar su rol importante de productor de alimentos,

agregando la producción de bioinsumos, bioservicios, biomedicinas y

bioenergia.

La zona agropecuaria de Tambogrande, que incluye a la Colonización San

Lorenzo, posee gran potencial agropecuario y agro exportador, tal vez el mayor

de la costa Peruana. Este promisorio valle, que acoge a las mayores

plantaciones de árboles frutales del país, goza de las siguientes ventajas:



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Cuenta con riego regulado en mas de 43,596 Has.

Esta conformado por predios privados de tamaño medio.

El tamaño de los predios mayores a 6 Has.) permite diversificación de

cultivos.

Gran área dedicada a árboles frutales (16,000 Has.) denota espíritu de

inversión y visión a largo plazo.

Sistemas Agropecuarios combinan cultivos de campaña con perennes y

ganadería. (enfoque agro-silvo-pastoril)

Núcleo agro ecológico de alto potencial para cultivos orgánicos y sanos.

Entorno de bosque tropical seco le permite baja presencia de plagas

(costos bajos por ese rubro)

7,000 propietarios privados que han superado las diversas crisis

económicas confrontadas en el país.

Además, en toda la zona y específicamente en la zona de locuto existe el

bosque seco tropical que regula nuestras temperaturas y nos permite tener

productos agrícolas competitivos. La algarroba es la columna vertebral de este

bosque seco y sirve para mantener alimentados a más de 20 mil cabezas de

ganado vacuno y otros, gracias a su alto valor proteico; este mismo valor

proteico es aprovechado para nuestra alimentación.



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ANEXO 3: OTROS PRODUCTOS ELABORADOS CON LA ALGARROBA



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