El The objective of this work was to evaluate a technological process for the production of orange powder, identifying variables and parameters through tests at the laboratory level, which will later be simulated in a process software in order to analyze its technical and economic feasibility. Two varieties of orange were characterized by analyzing their physicochemical properties, selecting the Valencia variety with 79.78% and discarding the Washington variety with 61.5%, clarifying and encapsulating the fluid for atomization. Statistically, an excellent yield of 76.7% and a humidity of 0.763% were determined, with a temperature of 140 ° C and a concentration of 7% w / w. The physical chemical and microbiological analyzes are: ° Brix; 9.6, pH; 3.61, total coliforms, faecal coliforms, Ecoli 0 CFU / g, molds and yeasts  10 CFU / g, being within the allowed range of the NTE INEN 2471. The simulation was performed based on 5 (MT) that corresponds to 25% of the unused production in the orange production of the Caluma canton, taking into account that the total production is 22,482 MT, three sections were defined: fruit preparation, juice production and powder production, the same that count with unit operations of each section. From a technical point of view, the project is totally viable, because the sub-processes are feasible to be implemented and the final product meets the necessary requirements for transportation and consumption. The process is economically feasible, however the system in 15 years generates a NPV (Net Present Value) of 744,000 USD and an IRR (Internal Rate of Return) of 10% which, despite being positive, may not be attractive to investors, considering that a total capital investment ($ 2,878,000 $ USD) and the operating cost (4,814,762 $ USD) will be required.

La naranja es nativa de la región tropical y subtropical de Asia, desde donde se ha dispersado su cultivo por diferentes partes del mundo y que en la actualidad se produce en varias regiones que poseen un clima cálido y templado. El jugo de naranja al ser consumido en estado fresco genera una fuente natural de nutrientes y vitaminas que favorece como refuerzo del sistema inmunológico, debido a que gran parte de su contenido es vitamina c fibras y minerales (Moreiras, 2009, citado en Tapia, 2020).

A nivel mundial la producción de naranjas es de 66,4 millones de toneladas aproximadamente que representa el 14%, las proyecciones señalan que la producción aumentará en una tasa anual de 1,2 % (FAO, Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2010). El cítrico es uno de los más destacados en la agricultura, y en la economía, con un estimado del 58%, (FAO, Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, (2013).

En Ecuador la producción total de naranja es de 149.380 TM, la superficie cultivada es de 39.860 Has. En la provincia de Bolívar la producción es de 90.092 TM con una superficie cultivada 10.630 Has., y específicamente el en cantón Caluma produce 22.482 TM con una superficie cultivada de 2.650 Has (MAGAP, Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca, 2013, citado en Tapia, 2020 ).

En el Cantón Caluma del subtropical de Bolívar reconocido como la capital cítrica, un árbol en tiempos atrás generaba 150 y 200 frutos, mismos que en la actualidad producen 400 y 700 frutos, esto ha generado una sobreproducción y disminución en los precios del mercado, además que, al no vender la producción total, el resto del producto se degradara, produciendo pérdidas económicas (El Telégrafo, 2019, citado en Tapia, 2020).

Reineccius, (1989 citado en Ochoa., E, 2019) el secado por atomización es uno de los métodos más empleados en muchos sectores, industriales, cerámico, químico, alimentario y farmacéutico, aplicando temperaturas de procesos adecuadas el agua se elimina en forma de vapor, hasta obtener un producto de calidad, conservando las propiedades físicos químicos de los productos, eliminar la mayor cantidad de agua y conservar el producto de los microorganismos que causan la oxidación (Geankoplis, 1998, citado en Tapia, 2020).

La simulación es la utilización de recursos computacionales con el propósito de construir modelos representativos aplicado en la industria química, física, biológica y ambiental, se basadas en operaciones unitarias, que realiza los procesos mediante diagramas de flujo, mecanizando los procesos y encontrando un punto de operación estable, que permite predecir la operación y el comportamiento real, técnica y económica del sistema (Designer, 2019, citado en Tapia, 2020).

La investigación es de tipo exploratoria ya que recaba información de normativas y procedimientos para la materia prima y producto final, las variables y parámetros de proceso se identifican con ensayos de laboratorio y procesos semi industriales, además del uso de la simulación computacional para la propuesta técnica y económica del diseño, basándose en los fundamentos y principios de cálculos básicos, transferencia de calor y operaciones unitarias (Ander, Egg. 1998, citado en Tapia, 2020).

El trabajo investigativo será de tipo experimental se manipula las variables, mediante observación y análisis de las vías, donde el investigador presencia el problema y mediante las técnicas e instrumentos necesarios comprobará la idea a defender planteada.

Se aplicó el Diseño de Bloques Completamente Aleatorio (DBCA), se evaluaron temperaturas de proceso y concentración con un modelo factorial 13, aplicando el análisis estadístico de varianza prueba inter-sujeto y la prueba de TUKEY.

Se caracterizó dos variedades de naranja mediante una inspección visual directa y atreves de análisis de sus parámetros fisicoquímicos fue seleccionada la naranja de variedad valencia, presentan mejores características organolépticas como: de sabor aceptable, color muy bueno, textura buena y solo presentan defectos tolerables, encontrándose libre de golpes y magulladuras en exceso, así mismo sus parámetros físicos químicos presentan un buen nivel de producción referente al diámetro, peso neto y ácido ascórbico (Tapia, 2020).

Se realizó una limpieza profunda con agua potable para remover cualquier materia extraña o contaminante que se encuentre en contactó con la fruta, posteriormente se realizó el cortado, extracción y tamización del jugo: cortando la naranja en forma ecuatorial se colocó en una mesa desinfectada cada una de las frutas, seguidamente se realizó la extracción del jugo en un extractor manual tomando en cuenta las medias higiénicas para prevenir su contaminación, simultáneamente se realizó la tamización colocando un colador sobre el recipiente recolector del jugo (Tapia, 2020).

Según Wiseman, A. (1985 citado en Tapia., E, 2020), aplico una clarificación enzimática para regular las propiedades fisicoquímicas de la concentración del jugo de naranja (viscosidad, °Brix, pH) mismos que interfieren en la obtención del producto final, pues la viscosidad de las mezclas al secar por atomización afecta el tamaño de las microcápsulas y el grosor de sus paredes (Risch, 1998).

Los sólidos solubles en cantidades grandes afectan el proceso de atomización, a valores superiores a 18 grados °Brix, el alimento no fluye, su manipulación y bombeo se hace difícil; afectando notablemente el proceso de secado ya que el alimento se deposita en la boquilla y la elevada temperatura del aire terminan por quemarlo (Yanza, G., 2000, citado en Tapia 2020).

En la prueba piloto se alimentó concentraciones de p/p 5%, 7%, y 9%. El equipo utilizado fue un secador por atomización neumático con una boquilla de 0,002 m, una cámara de secado de 0,58 m de altura, diámetro interno de 0,21 m.

Se utilizó aire comprimido a una presión de 30 psi, a 40% de la capacidad de la bomba con un flujo de alimentación 0,25 g/s. La alimentación se dosifica en el secador por medio de una bomba de diafragma con una velocidad de 0,0113 m/s, y una potencia de 0,02 HP. Se utilizó un sistema de recuperación de ciclón separador de aire / polvo. En la prueba piloto de trabajó con temperaturas de proceso de 120 °C, 140 °C y 160 °C (Tapia, 2020).

La simulación de la planta de producción de polvo de naranja se realizó considerando una capacidad de procesamiento de 25 TM por lote, definiendo los compuestos y las sustancias involucradas en el proceso. Se aplicó las variables y parámetros identificados en los ensayos a nivel laboratorio que permitió la producción del polvo de naranja.

El diseño del proceso de simulación se realizó en función a 5 Toneladas que corresponde al 25 % de la producción no utilizada en la comercialización de naranja del cantón Caluma, teniendo en cuenta que la producción total es de 22.482 TM (Tapia, 2020).

Según Tapia, (2020), realizó el proceso de simulación ingresando al sistema todos los componentes necesarios sustancias y compuesto que ingresan y salen del proceso, que interactúan de manera simultánea durante la producción del polvo de naranja, los parámetros del diseño de los equipos definen las condiciones de funcionamiento.

Según Tapia, (2020), ha definido tres secciones: preparación de la fruta, la producción de jugo y la producción de polvo, los mismos que, cuentan con operaciones unitarias propias de cada sección. Esta división en secciones permite realizar un seguimiento pormenorizado del diseño, simulación del proceso y evaluación de la prefactibilidad técnico-económica.

Al analizar las secciones del proceso, la sección de preparación de la fruta es la más simple, puesto que, en esta se encuentran las operaciones de almacenamiento, lavado, selección y dimensionamiento del fruto, las mismas que son operaciones mecánicas. Dentro de la sección de preparación del jugo, una de las operaciones más críticas es la clarificación enzimática del jugo, debido a que en la misma se la realiza en un biorreactor y la eficiencia de esta operación es muy sensible a las variables que intervienen en la misma, la cual es la temperatura, la que debe ser constante a 54 °C. La otra operación crítica en la sección de preparación de jugo se encuentra en la concentración del jugo de naranja debido a que interviene la evaporación en equipos de múltiple efecto, teniendo como resultado de la simulación un total de 4 efectos. En esta sección también se presenta la recuperación del aceite y aroma, así como, secado de la cáscara de la naranja, como desecho de este proceso. En la sección de producción del polvo del jugo de naranja, se encuentra el secado por spray, operación crítica, debido a que, la temperatura define la calidad del producto final, estandarizando la temperatura final de los sólidos en 55 °C (Tapia, 2020).

Las corrientes de entrada y salida que intervienen en cada uno de los procesos tienen sus características y condiciones de operación propias en función a los cambios físico y/o químicos que ocurren en cada uno de los equipos de cada proceso, tomando en consideración que, para la simulación de los procesos de clasificado, dimensionado y extracción de jugo, se utiliza una caja general que permite dividir las corrientes en función de un porcentaje de desecho o de división, donde el resultado será una o varias corrientes de salida con sus propias condiciones y características (Tapia, 2020).

La entrada y salida de componentes está perfectamente balanceada, manifestando que, en caso de los valores negativos, representan la cantidad de sustancia o compuesto que se ha generado en el proceso (Tapia, 2020).

A continuación, se presenta el balance energético de los procesos que intervienen en el proceso de fabricación del jugo de naranja en polvo.

La sección que más necesidad energética requiere es la de Producción de jugo, siendo el subproceso de Concentración el que más consume energía, esto debido a que, en el mismo se utiliza evaporadores de multiefecto. Mientras que, la sección de Preparación de fruta es la de menos consumo energético. En la sección de la Producción de polvo el subproceso de Secado por pulverización es el que mayor consumo energético tiene respectivamente (Tapia, 2020).

Los costos de los equipos se encuentran en precios FOB (Free On Board), en función a las especificaciones propias de cada uno, relacionado con la capacidad o tamaño y el material de construcción. Recalcando que el material y el diseño de este, cumple con las normativas técnicas ASME (American Society of Mechanical Engineers), lo cual repercute directamente sobre el costo del equipo, observando una elevación sustancial de los mismos (Tapia, 2020).

Se caracterizó dos variedades de naranja analizando sus propiedades fisicoquímicas, seleccionando la variedad valencia con un 79.78% y descartando la Variedad Washington con el 61.5%, se clarifico y encapsulo el fluido para su atomización.

La aplicación de la prueba de comparaciones múltiples de TUKEY con un nivel de confianza del 95 %, demostraron el mejor resultado con temperatura y concentración de 140°C y 50% en relación p/p. con un rendimiento del producto final de 76,76 % y una humedad de 0.763 %.

La aplicación de la prueba de comparaciones múltiples de TUKEY con un nivel de confianza del 95 %, demostraron el mejor resultado con temperatura y concentración de 140°C y 50% en relación p/p. con un rendimiento del producto final de 76,76 % y una humedad de 0.763 %.

La validación del polvo de naranja que se obtuvo mediante atomización se realizó en base al rango permisible NTE INEN 2471, mezclas en polvo para preparar refrescos o bebidas instantáneas, y un producto existente y comercializado en el mercado. El resultado fue aprobado ya que los parámetros están dentro de la norma especificada. Brix; 9.6, pH; 3.61. Para coliformes Totales, coliformes fecales, E. coli presenta un valor de 0 UFC/g, mientras tanto que para Mohos y Levaduras el resultado es ≤ 10 UPC/ g. razón por la cual el producto cumple con las expectativas deseas y es apto para su almacenamiento y consumo.

El análisis de flujo de caja ha sido desarrollado mediante la información internacional de comercialización del jugo de naranja en polvo. Además, se ha mantenido constante los ingresos de ventas y costos de operación para todos los años de recuperación de capital, solo teniendo una pequeña variación en el primer año, debido a que en este se da el mayor desembolso de capital de inversión.

La unidad de producción utilizada es el dólar americano ($/USD), la misma que, contiene un peso neto de producto final de 25.4 Kg de jugo de naranja en polvo, esta cantidad de producto por USD se encuentra en función de la forma de comercialización internacional de este producto.

Del análisis de los datos, mediante la experimentación y simulación del proceso de producción de jugo de naranja en polvo. Desde el punto de vista técnico, el proyecto es totalmente viable, debido a que los subprocesos son factibles de ser implementados y el producto final cumple con los requisitos necesarios para su comercialización y consumo.

El proceso de producción también es económicamente factible, sin embargo, el sistema en 15 años genera un VAN de 744.000USD y un TIR de 10% que a pesar de ser positivos podrían no ser atractivos para los inversores, considerando que se requerirá una inversión total del capital ($ 2.878.000$USD) y el costo de operación (4.814.762$USD).

Los costos de capital fijo por cada sección del proceso de producción del jugo de naranja en polvo, es la que más capital necesita con un total de 49.45 % respecto al 43.29 % de la sección de preparación de fruta y el 7.27 % de la producción del polvo. Mientras que, en cada sección su capital fijo tiene un costo mayor en lo que corresponde a materia prima comparado a los demás costos, con un 50.17 % en la sección de preparación de frutas, 43.51 % de la sección de la producción de frutas y 49.14 % de la sección de producción de polvo.