UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCIN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRONICA

DISEO DE UN TANQUE DE ENFRIAMIENTO PARA EL ALMACENAMIENTO DE LECHE DESTINADA A LA PRODUCCIN DE QUESOS EN LA LOCALIDAD DE TUTI

MODALIDAD AUTOR ASESOR CURSO FECHA

: Proyecto de Investigacin : Dueas Guardia Victor : Nancy Orihuela Ordoez : Diseo Electrnico 2 : Arequipa, Septiembre 2011

Diseo Electrnico 2 2011

TABLA DE CONTENIDO

TABLA DE CONTENIDO....................................................................................................................................... 2 DESCRIPCIN DEL PROYECTO ............................................................................................................................ 4 1. 2. Ttulo: ......................................................................................................................................................... 4 Problema: .................................................................................................................................................. 4 2.1. 2.2. 3. Contexto y caracterizacin del problema: ......................................................................................... 4 Formulacin del problema: ............................................................................................................... 5

Objetivos del Proyecto: ............................................................................................................................. 5 3.1. 3.2. Objetivo General: .............................................................................................................................. 5 Objetivos Especficos: ........................................................................................................................ 5

4.

Marco Terico............................................................................................................................................ 6 4.1. Calidad de la leche ............................................................................................................................. 6

Higiene Fsica ............................................................................................................................................. 6 Higiene Qumica......................................................................................................................................... 7 Higiene Microbiolgica .............................................................................................................................. 7 4.2. Enfriamiento de la Leche ................................................................................................................. 11

Enfriamiento directo de expansin ......................................................................................................... 11 Enfriamiento con banco de hielo............................................................................................................. 12 Pre-refrigeradores ................................................................................................................................... 13 Enfriamiento instantneo ........................................................................................................................ 14 Ecombies.................................................................................................................................................. 15 5. Diseo ...................................................................................................................................................... 16 5.1. 5.2. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. Requerimientos de Diseo: ............................................................................................................. 16 Sistema Planteado: .......................................................................................................................... 16 Diagrama de Bloques del Sistema: .................................................................................................. 17 Etapa 1: ........................................................................................................................................ 17 Intercambiadores de Calor de Placas: ............................................................................................. 17 Bombas: ........................................................................................................................................... 19 Mezcla Frigorfica: ........................................................................................................................... 20 Clculos:........................................................................................................................................... 23 Etapa 2: ........................................................................................................................................ 24 Tanque Isotermo: ............................................................................................................................ 24 Pgina 2

Diseo Electrnico 2 20115.3.3. 6. 7. 8. 10. 10.1. 11. 11.1. 12. 12.1. Sistema de Control: ......................................................................................................................... 25 Etapa 3: ........................................................................................................................................ 27 Extraccin: ....................................................................................................................................... 27 Limpieza: .......................................................................................................................................... 27

Resultados Esperados: ............................................................................................................................. 29 Conclusiones y Recomendaciones:.......................................................................................................... 30 Bibliografa:.............................................................................................................................................. 31 Anexo 1: ............................................................................................................................................... 32 Presupuesto: .................................................................................................................................... 32 Anexo 2: ............................................................................................................................................... 33 Identificacin de los Participantes: ................................................................................................. 33 Anexo 3: ............................................................................................................................................... 34 Variacin del PH de la Leche: .......................................................................................................... 34

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Diseo Electrnico 2 2011 DESCRIPCIN DEL PROYECTO 1. Ttulo: Diseo de un tanque de enfriamiento para el almacenamiento de leche destinada a la produccin de quesos en la localidad de Tuti.

2. Problema: 2.1. Contexto y caracterizacin del problema: En la localidad de Tuti se encontraron una serie de necesidades en la planta de produccin de quesos, empezando por la pasteurizacin, corte de la cuajada, eliminacin del suero, moldeado, prensado y la maduracin.

La cantidad de leche obtenida diariamente es alrededor de los 1200 litros. La administradora de la planta nos planteaba la necesidad de almacenar la leche despus del proceso de pasteurizacin durante 2 o 3 das ya que le sera ms fcil trabajar con mayores cantidades de leche para economizar el tiempo.

La cantidad de horas que se destina a la produccin de quesos es de aproximadamente 5 horas diarias y durante la tarde, si se tuviera mayor cantidad de leche, se podra trabajar en la produccin durante todo un da, y los otros dos das restantes destinarlos a otras actividades.

El almacenamiento del ordeo en la granja y el tiempo tomado para llegar del productor al consumidor da a las bacterias la ocasin de aclimatarse y de crecer en este lquido muy nutritivo. Es un problema el mantener la calidad de la leche en el nivel del tiempo de ordeo. Si bajamos la temperatura de la leche almacenada, los procesos qumicos y el crecimiento microbiolgico se retardarn, deteniendo la reduccin en calidad.

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Diseo Electrnico 2 2011 2.2. Formulacin del problema: Visto la mayor capacidad de produccin de quesos que se puede lograr con una mayor cantidad disponibilidad de leche, es necesaria la implementacin de un tanque de frio para el almacenamiento de la leche pasteurizada.

Con el tanque de enfriamiento de la leche se logra: - Inhibir el crecimiento bacteriolgico - Ampliar el almacenaje en la planta para economizar el tiempo y reducir costos de la produccin de quesos.

3. Objetivos del Proyecto: 3.1. Objetivo General:

Diseo de un tanque de enfriamiento para el almacenamiento de leche destinada a la produccin de quesos en la localidad de Tuti.

3.2.

Objetivos Especficos:

La completa higiene en todos los aspectos de la produccin de leche es esencial en la produccin de la leche de la calidad. Un aspecto crtico es asegurarse de que el crecimiento de bacterias durante el intervalo del almacenaje debe tambin ser inhibido. A la temperatura del cuerpo, las bacterias en la leche se multiplicarn muy rpidamente e incluso la leche con una cuenta inicial baja de bacterias se agriara rpidamente.

La leche producida bajo condiciones higinicas conservar la buena calidad por un perodo de hasta 15 a 20 horas. Sin embargo, es no solamente la temperatura del almacenaje que es importante; el tiempo de enfriamiento para alcanzar la temperatura del almacenaje, normalmente 4 C, es tambin crtico. Los tanques de enfriamiento de leche se han diseado especialmente para enfriar la leche a 4 C dentro de un perodo especfico.

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Diseo Electrnico 2 2011 4. Marco Terico 4.1. Calidad de la leche La calidad es extremadamente importante, y se espera que los productores de leche cada vez ms muestren que han hecho todo lo posible para reunir los estndares de calidad. La calidad de la leche implica muchos y diversos aspectos.

Higiene Quimica

CALIDADHigiene Microbiologica

Higiene Fisica

Higiene Fsica La densidad, el punto de congelacin, la presin osmtica y la acidez son ejemplos de la higiene fsica. La densidad de la leche normal vara entre 1,028 y 1,038 g/cm dependiendo de la composicin de leche. El punto de congelacin de la leche es el nico parmetro confiable para controlar. Entre vacas individuales, el punto de congelacin se ha encontrado que vara entre 0.54 C a 0.59 C. La acidez de una solucin depende de la concentracin de los iones del hydronium [ H+ ] en ella. Cuando las concentraciones de los iones del hydronium [ H+ ] y del oxhidrilo [ OH - ] son iguales, la solucin es neutra (pH = 7) y en la leche pasteurizada debe estar entre los 6.5 y 6.7.

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Diseo Electrnico 2 2011 Higiene Qumica Los diversos componentes de la leche, especialmente grasa y protena, pueden experimentar cambios qumicos durante el almacenaje. Estos cambios son normalmente de dos clases, oxidaciones y lipolisis. Los resultados de estas reacciones pueden causar sabores no definidos en leche, queso y mantequilla.

OXIDACIN: La oxidacin de la grasa da a la leche un sabor metlico, que a su vez da a la mantequilla un gusto aceitoso, seboso. La presencia de sales de hierro y de cobre acelera el comienzo de la auto-oxidacin y del desarrollo del sabor metlico, que tambin es causado por la presencia de oxgeno disuelto y de la exposicin a la luz, especialmente a la luz directa del sol o a la luz de los tubos fluorescentes.

Para evitar la oxidacin de la grasa y de la protena en la leche, la accin ms importante es controlar el contacto con oxgeno y luz directa del sol.

LIPOLISIS: La fragmentacin de la grasa en glicerol y cidos grasos libres se llama lipolisis. La grasa Lipolysada tiene un gusto y un olor rancio. Las altas temperaturas del almacenaje estimulan la lipolisis, pero la lipasa responsable no puede actuar a menos que se hayan daado los glbulos de grasa. En rutinas normales de produccin y de la industria lctea hay muchas oportunidades para que los glbulos de grasa sean daados, por ejemplo el bombeo, agitacin y salpicadura de la leche. Adems, los bordes afilados y las curvas angulares en tubos de la leche pueden daar los glbulos de grasa. Estos detalles no deben ser pasados por alto al instalar un sistema de almacenaje. Higiene Microbiolgica Los microorganismos se encuentran por todas partes; en la atmsfera, en el agua y en el suelo. Puesto que descomponen el material orgnico, los microorganismos desempean un papel muy importante en el ciclo natural.

Ciertas especies de microorganismos estn presentes en los intestinos animales y son esenciales para la digestin del alimento.

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Diseo Electrnico 2 2011 Algunos microorganismos se utilizan en los procesos de produccin de los alimentos, por ejemplo, del queso, yogurt, salmueras, as como en la produccin de cido para la preservacin de alimento.

Bacteria: Las bacterias son organismos unicelulares que se multiplican sobre todo por la fisin binaria, es decir partiendo en dos.

Condiciones de crecimiento de bacterias. Temperatura Luz Acido Presencia/Ausencia de oxgeno Agua Crecimiento de agentes inhibidores Nutrientes

Temperatura La temperatura es el nico factor ms grande que afecta el crecimiento de las bacterias, la reproduccin y el deterioro del alimento. Las bacterias pueden desarrollarse solamente dentro de ciertos lmites de temperatura, y estos lmites varan de una especie a otra.

Condiciones de Temperatura [Tetra Pak 1995]Pgina 8

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En general, el crecimiento de bacterias en leche y productos lcteos es reducido considerablemente enfriando abajo de 10 C, mientras que las temperaturas de hasta slo 4 o 3 C se requieren para parar casi totalmente toda la actividad. El almacenaje de la leche a bajas temperaturas, sin embargo, no destruir las bacterias.

El congelar puede conducir a una destruccin lenta del producto ya que los cristales de hielo rompen las paredes de la clula.

Reproduccin de la bacteria Las bacterias normalmente se reproducen asexuadamente por fisin. Primero, el tamao de la clula aumenta. El material se junta en un rea de la clula y se divide en dos partes idnticamente iguales. Las partes que se separan resultan en dos organismos que pueden separarse o permanecer juntos.

Tiempo (min) Bacteria (#) 0 20 40 60 80 100 120 180 240 300 360 420 460 1 2 4 8 16 32 64 512 4096 32768 262144 2000000 16000000

Desarrollo de la bacteria con un tiempo de generacin de 20 minutos.

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Diseo Electrnico 2 2011 Temperatura y cuenta de bacterias en la leche Debido a su composicin especfica, la leche es susceptible de contaminarse por una extensa variedad de bacterias. La leche de la granja puede contener desde unos pocos de miles de bacterias por ml, en una granja con una prctica asidua de limpieza; a varios millones si es pobre el estndar de limpieza, desinfeccin y enfriamiento. Para que la leche sea clasificada de alta calidad el conteo de bacterias (Colony Forming Units/CFU), debe ser normalmente de menos de 100 000 por ml. En algunos pases, 10 000 por ml pueden ser alcanzados fcilmente.

El enfriamiento rpido por debajo de los 4 C contribuye en gran parte en la calidad de leche de la granja. Este tratamiento disminuye el crecimiento de la bacteria en la leche, de ese modo mejora al mantenimiento de la calidad de la leche. La influencia de la temperatura en el desarrollo bacterial es mostrado en la siguiente figura. Empieza con 300 000 CFU/ml, podemos ver la velocidad de desarrollo de las bacterias es de mayor rapidez que a menores temperaturas.

Desarrollo de la bacteria en la leche pura [Tetra Pak 1995]

Enfriamiento a 4 C, o incluso 2 C, conjuntamente con el ordee hace posible llevar la leche a intervalos de dos o tres das, siempre que el recipiente/tanque de la leche este bien aislado.

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Diseo Electrnico 2 2011 4.2. Enfriamiento de la Leche

El enfriamiento es el principal factor contra el crecimiento bacteriolgico en la leche, y con un enfriamiento eficaz y buen cuidado la calidad de la leche aumenta, as como la calidad de todos los productos derivados de la leche. Los sistemas de enfriamiento modernos transfieren el calor de la leche va agentes enfriantes tanto para agua o aire. Esta transferencia se hace va una pared separada, entonces nunca hay un contacto directo con la leche. El refrigerante o agente enfriante absorbe el calor de la leche. Cada refrigerante tiene, por una cierta presin, su punto de ebullicin. El rango de enfriamiento depende del diseo del equipo. La temperatura final depende del termostato o el flujo de la leche a travs de las lminas enfriantes. Grandes diferencias de enfriamiento aumentan el rango de enfriamiento. La alta velocidad y el movimiento turbulento del lquido a lo largo de la pared mejorarn la tasa de transferencia del calor. Existen bsicamente 5 tipos de enfriamiento y almacenamiento de la leche los cuales son: Enfriamiento directo de expansin Este es el sistema de enfriamiento de leche ms comn. La base del tanque ha sido designada como un evaporador, mientras que el calor de la leche va a travs de la pared de acero inoxidable al refrigerante. El refrigerante se evapora, sacndole a la leche el calor. Dado que los tanques de expansin directa no tienen un amortiguador del fro, siempre tiene que haber disponible energa. En este tipo de sistema, la leche es enfriada directamente y agitada despus de llegar al tanque.

Sistema de enfriamiento de expansin directa

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Diseo Electrnico 2 2011 Enfriamiento con banco de hielo En sistemas de enfriamiento indirecto, el evaporador est situado en una reserva rellena con el conductor de calor, en su mayor parte agua. El evaporador consiste en un sistema de tuberas o bobinas en el cual el medio enfriamiento se evapora y enfra el conductor de calor.

Enfriamiento de leche con un sistema de banco de hielo.

La gran ventaja del sistema de banco de hielo es que permite que la capacidad de enfriamiento se almacene en una reserva aislada con un conductor de calor y un "amortiguador de fro" o "amortiguador de hielo". En reas en donde no hay energa suficiente, el sistema del banco de hielo provee una solucin de enfriamiento eficiente. La formacin de hielo alrededor de las tuberas de la reserva forma una amortizacin de fro que puede ser usada para enfriar la leche. El amortizador de fro hace posible enfriar en reas en donde la energa en horas pico es ms cara, o en donde el uso de la electricidad es limitado, y significa que el sistema de enfriamiento puede apagarse para evitar la saturacin de energa durante el ordeo. La produccin de fro puede ocurrir en perodos cuando la energa es barata, y puede ser extendida durante un perodo largo, habilitando un pequeo compresor para ser usado.

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Diseo Electrnico 2 2011 Pre-refrigeradores La leche viene de la vaca hasta el final de la unidad, desde donde es bombeada a una proporcin constante a travs de un filtro a un plato refrigerador. El plato refrigerador consiste en un plato contrado de acero inoxidable. La leche fluye sobre un lado de este plato, aunque en el otro lado golpea o bien el flujo de la leche en la direccin contraria. Cuando la leche deja el plato refrigerador su temperatura ha sido reducida a 2 - 4 C sobre la temperatura del agua, antes del enfriamiento final y el almacenamiento en el tanque de fro.

Sistema de Pre-Refrigeradores

Flujo de leche / agua en un pre refrigerador calor cambiante.

El pre refrigerador con un golpe de agua disminuye el total y llevando los costos para la planta para reducir la demanda por el agua enfriada. Un pre requisito para esto es, por supuesto, el suministro barato de agua naturalmente fra. Esto es siempre posible al combinar el pre refrigerador con otro sistema de enfriamiento para reducir los costos de energa un poco ms.

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Diseo Electrnico 2 2011 Enfriamiento instantneo Hoy en da, las granjas estn ponindose cada vez ms grandes, significando ms trabajo, ms vacas y ms leche - y menos tiempo entre ordeos. Este proceso provee a los granjeros con problemas de enfriamiento potenciales, ya que toda la leche tiene que ser enfriada y guardada. La cantidad pura de leche, combinada con altos flujos de leche y perodos de ordeo ms largos, hace esto ms difcil que los tanques a granel convencionales hagan frente. Los ordeos rpidos significan mayor cantidad de leche por tiempo. Sobrecargar los sistemas de enfriamiento significa un enfriamiento ms lento y un conteo de bacterias mayor, y unos tiempos de enfriamiento largos involucran una agitacin prolongada con el riesgo de que se formes grasas. El mantenimiento y la calidad se hacen ms difciles, lo cual pone toda la produccin de leche en riesgo. El enfriamiento instantneo es un sistema en lnea, el cual enfra la leche en cuestin de segundos antes que esta llegue al tanque de almacenamiento.

Enfriamiento instantneo

La leche va desde la vaca al final de la unidad y el tanque de balance, desde donde es bombeado a una proporcin constante a travs de un filtro al plato refrigerador. El plato refrigerador es el corazn del sistema de enfriamiento y consiste en un plato contrado de acero inoxidable en un lado del que la leche fluye en una direccin, mientras que en el otro lado, el agua enfriada fluye enPgina 14

Diseo Electrnico 2 2011 la direccin contraria. Cuando la leche deja el plato refrigerador, esta temperatura ha sido reducida a una temperatura de 2 - 4 C por debajo de la temperatura del agua. La leche es bombeada constantemente al tanque de almacenamiento aislado, donde esta se puede quedar, con una agitacin ocasional, hasta la recoleccin. Ecombies Ecombies involucra un proceso de enfriamiento de dos pasos. Esto es muy ventajoso al combinar el enfriamiento instantneo con el pre refrigerador usando agua enfriada. El pre refrigerador con tapa de fro o bien agua disminuye el costo total, incluyendo los costos de la planta por reduccin de la demanda por agua enfriada.

Enfriamiento de leche con un refrigerador ecombi

En el pre refrigerador, el plato cambiador de calor es dividido en dos secciones. En la primera seccin, la leche es enfriada con la tapa de fro o bien con agua. En la segunda seccin, la leche es enfriada debajo de la temperatura de almacenamiento final usando agua

Flujo de leche / agua en un refrigerador ecombi cambiante de calor.

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Diseo Electrnico 2 2011 5. Diseo 5.1. Requerimientos de Diseo:

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Temperatura de conservacin: Enfriar la leche a una temperatura entre 3 y 4 C retarda el crecimiento de los grmenes.

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Duracin del almacenamiento: Independientemente de la temperatura a que se conserve la leche, cuanto ms largo es el perodo de almacenamiento mayor es el crecimiento bacteriano.

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Velocidad de enfriamiento Durante unas dos horas despus del ordeo el crecimiento de las bacterias es muy lento (fase bacteriosttica), para ir posteriormente aumentando de forma rpida. Por ello, hay que aprovechar este perodo para enfriar la leche hasta la temperatura de conservacin.

5.2.

Sistema Planteado:

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Diseo Electrnico 2 2011 5.3. Diagrama de Bloques del Sistema:

Se enciende la unidad de enfriamiento dirigida al intercambiador de calor

Se enciende la bomba para ingresar la leche al intercambiador de calor

Se enciende el agitador

Se realiza la limpieza del sistema

Se extrae la leche del tanque isotermo

Se enciende la unidad de enfriamiento dirigida al tanque isotermo

*En los bloques sombreados es donde se tiene el Sistema de Control.

Nuestro sistema planteado est dividido en 3 etapas: 5.3.1. Etapa 1: En esta etapa se llevar a cabo el enfriado instantneo de la leche, esta etapa est constituida por: Intercambiadores de Calor de Placas:

La transmisin de calor es necesaria en los procesos industriales actuales, mediante esta transmisin se consiguen ahorros de costes energticos y mximo aprovechamiento de la energa ya disponible en el sistema. Los fluidos, por tanto, se calientan o refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del proceso industrial gracias a los intercambiadores.

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Diseo Electrnico 2 2011 Los intercambiadores de placas consisten en un conjunto de placas preformadas con unos canales en disposicin paralela por donde circulan los fluidos. Estas placas estn montadas sobre un bastidor de acero y dos placas de acero sujetadas por esprragos de apriete que compactan las placas. Cada placa dispone de 4 bocas por donde circulan los fluidos en paralelo mientras que un fluido es conducido por las placas pares y el otro por las impares consiguiendo as el necesario intercambio de calor entre ambos.

N 1 2 3 4 5

Parte Bastidor Placas

Material Acero Carbono EPOXI Acero Inoxidable AISI 316

Conexiones Roscadas Acero Inoxidable AISI 316 Juntas Guas Placas NBR EPDM Acero Inox

En el siguiente cuadro se muestran algunas caractersticas de los intercambiadores de calor de placas.Pgina 18

Diseo Electrnico 2 2011

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Bombas:

Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metlica, de manera que son capaces de impulsar al lquido que est contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrfuga que se genera cuando giran las paletas.

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Diseo Electrnico 2 2011 En los ltimos aos, gracias a las facilidades que se han venido dando en el suministro de la energa elctrica, el uso de las bombas se ha extendido de gran manera. Dado que la mayora de las bombas son impulsadas con motores elctricos, esta mejora en el flujo de la electricidad ha permitido que los diseadores y fabricantes de motores elctricos puedan proveer motores poderosos y confiables. Existen bombas capaces de alcanzar de forma estable velocidades tan altas como 10.000 rpm y de bombear contra alturas mayores de 100 metros impulsando hasta dos millones de litros por minuto. Mezcla Frigorfica:

El refrigerante del sistema de enfriamiento indirecto secundario, se encuentra normalmente en estado lquido y no cambia su estado de agregacin, en este caso el refrigerante acta, absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia, y cedindolo al evaporador del circuito primario. La circulacin de refrigerante secundario se realiza con una bomba. Algunos refrigerantes usados comnmente son: agua, salmueras (de cloruro de sodio y de cloruro de calcio ), glicoles ( propilenglicol, glicerina ), etileno, propileno, y antiguamente metanol (alcohol metlico) el cual por su toxicidad no es conveniente. Agua: Casi sin excepcin, se usa el agua como refrigerante secundario en sistemas grandes de acondicionamiento de aire, as como en instalaciones de enfriamiento de procesos industriales, en los que las temperaturas de operacin son superiores al punto de congelacin del agua. El agua, gracias a su fluidez, un elevado valor de calor especfico y alto coeficiente de pelcula es un refrigerante secundario excelente. Tiene tambin la ventaja de ser barata y relativamente no corrosiva. El agua se usa tambin con frecuencia como refrigerante secundario de enfriadores pequeos para bebidas y en enfriadores que se emplean en las granjas para el enfriamiento de recipientes para leche. En tales casos, el agua debido a su alta conductividad, permite un enfriamiento ms rpido del producto de lo que sera posible con aire. El agua tambin suministra una capacidadPgina 20

Diseo Electrnico 2 2011 retencin, que tienden a nivelar las fluctuaciones de carga que resultan de cargas intermitentes en el enfriador. Soluciones anticongelantes: Ciertos compuestos solubles en agua, descritos generalmente como agentes anticongelantes, se emplean con frecuencia para hacer descender el punto de congelacin del agua. Los agentes anticongelantes ms conocidos son las sales, los glicoles, los alcoholes. Salmueras:

Resulta obvio que no pueda emplearse el agua como refrigerante secundario en cualquier aplicacin en que la temperatura de refrigeracin sea inferior al punto de congelacin del agua. En tales casos, se emplea con frecuencia una solucin salina. Salmuera es el nombre que se da a la solucin que resulta cuando se disuelven diversas sales en el agua. Si se disuelve una sal en agua, la temperatura de congelacin de la salmuera resultante ser inferior a la temperatura del agua pura. Hasta un cierto punto, mientras ms sal se disuelva en la solucin, menor ser la temperatura de congelacin de la salmuera. Sin embargo, si la concentracin de sal aumenta ms all de un cierto punto, la temperatura de congelacin de la salmuera se elevar en el lugar de reducirse. Por lo tanto, una solucin de una sal cualquiera en agua, tiene una cierta concentracin a la cual el punto de congelacin de la solucin es el ms bajo. Una solucin a la concentracin crtica, recibe el nombre de solucin euttica. Igual que en el caso del agua enfriada, la salmuera enfriada (o solucin anticongelante) puede circular directamente, alrededor del producto o recipiente refrigerado. Se usan comnmente dos tipos de salmuera en la prctica normal de refrigeracin: I) Cloruro de calcio ( CaCl2 )

La salmuera de cloruro de calcio se usa principalmente en enfriadores industriales, en congelacin y almacenamiento de productos y en otras aplicaciones de salmuera en que se requieren temperaturas inferiores a -18C. La temperatura de congelacin ms baja que puede

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Diseo Electrnico 2 2011 obtenerse con salmuera de cloruro de calcio (temperatura euttica) es de aproximadamente 55C. La concentracin de sal en la solucin euttica es de aproximadamente 30% en masa. II) Cloruro de sodio ( NaCl )

La temperatura ms baja, obtenible con salmuera de cloruro de sodio, es de aproximadamente -21C. Para esta temperatura de congelacin, la concentracin de sal en la solucin es de aproximadamente 23% en masa. Es interesante destacar que las propiedades trmicas salmuera de cloruro de calcio y de cloruro de sodio, son comparativamente, menos satisfactorias que las del agua. Al aumentar el contenido salino de las salmueras, disminuye la fluidez, el valor del calor especfico y conductancia trmica de la salmuera. Por lo tanto, mientras ms concentrada sea la solucin de la salmuera, mayor ser la cantidad de salmuera que debe circular (caudal) con objeto de producir un efecto refrigerante determinado. Propilenglicol:

El Propilenglicol es probablemente el agente anticongelante que ms se usa en servicio de refrigeracin, especialmente en la industria alimenticia en donde la toxicidad es un factor importante. A diferencia de la salmuera, las soluciones de glicol no son corrosivas. Tambin, tienen la propiedad de no ser electrolticas y por lo tanto, se pueden emplear en sistemas que contengan metales diferentes. Los glicoles son compuestos extremadamente estables, y no se evaporan bajo condiciones de operacin normales. Debido a las muchas ventajas de las soluciones de glicol, se estn usando para substituir las salmueras en muchas instalaciones, cerveceras y de la leche. El cambio, de salmuera a glicol, puede efectuarse prcticamente sin cambios en el equipo instalado.

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Diseo Electrnico 2 2011 Clculos:

Ahora realizaremos los clculos necesarios para poder escoger adecuadamente el intercambiador de calor de placas y la bomba centrifuga. El calor absorbido es igual al calor desprendido

Entonces para 1200 litros de leche:

Calor especifico de la Leche = 0.93 Temperatura Inicial Leche = 10C Temperatura Final Leche = 4C Entonces la cantidad de agua necesaria para enfriar la leche sera:

Calor especifico Agua= 1 Temperatura Inicial Agua = 1C Temperatura Final Agua = 3C Ya que el agua vuelve a recircular se necesitar una cantidad mucho menor para enfriar los 1200 litros de leche. Ahora viendo el cuadro de los intercambiadores de calor de placas, haremos el clculo para el intercambiador ms econmico: La leche ser bombeada a Entonces para 1200 litros de leche bombeada a esa velocidad, el sistema de enfriamiento tardar aproximadamente 20 minutos.

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Diseo Electrnico 2 2011 5.3.2. Etapa 2: En esta etapa se llevar a cabo el almacenamiento de la leche y el control de temperatura.

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Tanque Isotermo:

Existen una serie de elementos y caractersticas de los tanques frigorficos que, por su importancia, se podran denominar crticos, puesto que de ellos depende en gran medida que se conserve o se deteriore la calidad de la leche que se almacena y conserva en ellos. Entre ellos estn: Construccin y pulido interior de la cuba Agitador Capacidad del equipo frigorfico y temperatura de evaporacin Aislamiento trmico

El tanque tipo horizontal para almacenamiento y refrigeracin de leche con capacidad volumtrica nominal de 3000 litros, tambin tendr un motor reductor con agitador en acero inoxidable.

Estar provisto de boquillas de atomizacin de agua de lavado con conexin tipo clamp de 1.

La temperatura de refrigeracin para la leche debe ser de 3C, +/- 0.5C, que se debe lograr con el refrigerante de Cloruro de Sodio o un refrigerante comercial con propiedades similares.

El tanque tendr un diseo de sistema hermtico, sin contaminacin cruzada, lo cual especifica que el refrigerante no debe tener contacto fsico directo con el producto, en este caso la leche. El tanque debe tener diseo para almacenamiento a presin atmosfrica (tanque abierto).

El tanque ser ser fabricado en lmina de acero inoxidable AISI 304 calibre 14, ya que este tipo de acero cumple con las especificaciones tcnicas normativas, para almacenamiento de productos lcteos.

El tanque ser de mxima eficiencia, por lo cual se exige una excelente transferencia de calor homognea, que baje uniformemente la temperatura de la leche sin degradarla. El aislamiento trmico debe ser tal que solo permita, en caso del corte en el fluido elctrico, subir 1C por hora laPgina 24

Diseo Electrnico 2 2011 temperatura de la leche al interior de la cuba, espesor de 2 en Poliuretano inyectado (38% de densidad). Las razones que confirman que la proyeccin de poliuretano o poliuretano inyectado es lo ms adecuado para aislar trmicamente e impermeabilizar cualquier edificio son las siguientes: Es posible aplicarlo sobre cualquier tipo de material, bien sea ladrillo, cemento, chapa, uralita, etc y lo ms importante, elimina todos los puentes trmicos que pueda haber con el exterior, es decir, sella todos los agujeros que tenga un techo, pared, etc impidiendo as, la penetracin de fro, agua, insectos, etc.

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El poliuretano proyectado, forma una capa del espesor deseado por el cliente (mnimo 2 cm), que se convierte en un autntico bloque aislante e impermeable que protege su construccin o edificio (nave, vivienda) de todos los agentes meteorolgicos que se puedan producir en las distintas pocas del ao.

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La aplicacin de este material, supone un importante ahorro en calefaccin o aire acondicionado, debido a que mantiene la temperatura de su edificio durante un mayor periodo de tiempo. Sistema de Control:

La temperatura, as como los tiempos de agitacin deben poderse controlar, monitorear y registrar en tiempo real atreves de un sistema digital (micro-computador PC), con un software tipo SCADA, que permita establecer un registro histrico cada 24 horas de la temperatura y hacer un seguimiento al funcionamiento del sistema, para establecer programas de control de calidad en el proceso de almacenamiento y el control del funcionamiento del equipo en tiempo real, evitar el deterioro de la leche y as evitar prdidas.

Los gabinetes de control y potencia deben ser fabricados en acero inoxidable con empaques para proteccin a la humedad y conexiones elctricas.

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Diseo Electrnico 2 2011 El sistema planteado para el control de temperatura de almacenamiento ser el siguiente:

Este es un circuito controlador universal de motores; este circuito puede controlar motores en AC y DC.

Sensor de Temperatura: El sensor de temperatura que se usar ser el PT-100, este es un sensor de temperatura que basa su funcionamiento en la variacin de la resistencia a cambios de temperatura del medio. Este tipo de sensor es comnmente usado en procesos de produccin alimenticios.

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Diseo Electrnico 2 2011 5.3.3. Etapa 3: En esta etapa se llevar a cabo la extraccin de la leche y la limpieza del sistema. Extraccin:

Para tal fin usaremos una bomba hidrulica para trasiego de leche desde el tanque de pasteurizacin hasta el tanque de almacenamiento, con impulsor y cabezal de carcasa en acero inoxidable, con conexiones sanitarias tipo clamp de 1 , provisto de tubera, frulas, empaques y abrazaderas para conexin con tanque de almacenamiento de 3000 Litros Limpieza:

La produccin lechera es para toda la vida y la calidad tambin debe serlo. La leche es uno de los productos animales ms importantes para el consumo humano. La demanda de la produccin lechera exige una alta calidad de leche. Para asegurar que esto ocurra debemos concentrarnos en ciertas reas, una de ellas es la limpieza, y es un elemento vital para cualquier productor que quiera alcanzar el nivel de calidad mximo, y finalmente rentabilidad. El lavado es la eliminacin de los sedimentos de leche en todos los puntos que la leche tiene contacto dentro de un establecimiento. Si no se lleva a cabo este proceso, la calidad de la leche disminuir y causar un efecto negativo en todo el proceso de tratamiento de la leche. Para asegurar una alta calidad de leche el lavado es imprescindible. El lavado es bsicamente el proceso que elimina la suciedad del equipo. Para que este proceso sea lo ms eficaz posible, hay que combinar 4 factores importantes: - fuerza mecnica, - agentes de limpieza, - calor, - tiempo de contacto. El agua es sin duda la ms importante para que estos 4 factores consigan un lavado ptimo.

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Diseo Electrnico 2 2011 Fuerza mecnica La fuerza mecnica necesaria para eliminar la suciedad normalmente se consigue con agua circulando, pero tambin se puede conseguir con el spray o refregando. Tanto el establo como el tanque se pueden limpiar con estos mtodos. Agentes de limpieza Se pueden dividir en detergentes y desinfectantes, aunque la mayora de las veces se componen de ambos. Los detergentes pueden ser alcalinos o cidos. Los alcalinos se suelen usar como detergente principal. Los cidos se usan para eliminar las piedras de leche, por ejemplo una vez a la semana. Los desinfectantes se suelen usar para eliminar los microbios. Normalmente estn formados de cloro o componentes del cloro. En algunos sistemas de limpieza alternativos el desinfectante se sustituye por calor. Calor Los detergentes se disuelven mejor si el agua est caliente. El agua caliente tambin se usa para eliminar la grasa. Tiempo de contacto Quiere decir que el agua, el calor, y los agentes de limpieza deben tener suficiente tiempo para hacer el lavado. El tiempo que se necesita vara dependiendo del mtodo de lavado. Agua Hay que asegurarse que el agua no contenga materiales que puedan perjudicar el lavado. Las impurezas ms comunes en el agua son el calcio, el magnesio y otros iones que hacen que el agua sea dura.

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Diseo Electrnico 2 2011 6. Resultados Esperados: Ampliar el almacenaje de la granja durante dos o tres das Mantener la calidad de la leche durante el tiempo de almacenaje. Inhibir el crecimiento bacteriolgico durante el tiempo de almacenaje. Mantener un sistema de control de temperatura libre de fallas durante el tiempo de almacenaje. Tener un sistema de enfriamiento de leche totalmente ecolgico, es decir libre de qumicos que puedan perjudicar el producto o el medio ambiente.

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Diseo Electrnico 2 2011 7. Conclusiones y Recomendaciones: El sistema de Enfriamiento y almacenamiento de leche est conformado por: Un equipo acumulador de hielo. Un intercambiador de calor de placas para enfriamiento de la leche. Un tanque isotermo.

Este sistema presenta tres inconvenientes principales: 1. Bajo rendimiento del equipo frigorfico debido al efecto aislante producido por el hielo depositado sobre el serpentn evaporador 2. Baja velocidad en la fusin del hielo, que limita la capacidad de enfriamiento de la leche u obliga a utilizar equipos acumuladores de grandes dimensiones para aumentar la superficie de contacto entre el hielo y el agua.

Estos inconvenientes estn prcticamente solucionados usando una solucin salina para la mezcla frigorfica as evitando la congelacin del agua. Cuando se disean equipos para la elaboracin de alimentos, bebidas y frmacos, se debe desarrollar un anlisis de riesgos generados por problemas operativos o constructivos, y el cumplimiento de las reglas del buen arte de la ingeniera y el seguimiento de las buenas prcticas de manufactura. El circuito de enfriamiento indirecto que se encuentre en contacto con el alimento debe contener un refrigerante no txico por el riesgo a la salud que una contaminacin representa. Se recomienda realizar un anlisis qumico cuali y cuantitativo para identificar el refrigerante indirecto y/o la posible contaminacin del mismo con sustancias txicas, para evitar una posible intoxicacin, antes de cargarlo al sistema de refrigeracin.

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Diseo Electrnico 2 2011 8. Bibliografa: Aenor. 2003. Maquinaria para la industria alimentaria. Tanques refrigerantes de leche a granel para granjas. Requisitos de construccin, funcionamiento, utilizacin, seguridad e higiene. Norma UNE-EN 13732:2003 Alonso, M. 1996. Produccin de leche en las granjas: ordeo y refrigeracin. En: Curso de industrias lcteas. De. AMV. Callejo, A. 1993. Calidad de la leche en la granja. Mundo Ganadero, n3. Edagricole Espaa. Casado, P; Garca, J.A. 1986. La calidad de la leche y los factores que influyen en ella. Industrias Lcteas Espaolas. Fernndez, J. 1993. Riesgos bacteriolgicos de la leche fra. Boletn verde, n50. Franch, A. 1996. El tratamiento y almacenaje de la leche. En: Zootecnia, bases de la produccin animal, tomo VII (Produccin vacuna de leche y carne). Ed. Mundi-Prensa. Hoyle, J.B. 1983. Milk cooling equipment. En: Machine milking. NIRD. Instituto Nacional De Tecnologa Agraria. 2005. Aprovechamiento integral del agua de la placa de refrescado. Estacin Experimental de Rafaela. Santa Fe-Argentina Luquet, F.M. 1991. Leche y productos lcteos vol 1. Ed. Acribia. Northeast Dairy Practices Council. 1992. Cooling milk on the farm. Obrador , E. 1992. Nuevas tcnicas de pre-enfriamiento: enfriamiento instantneo. En: El sector lcteo y el ordeo. (Coord.: C.Buxad). FESLAC. Ponce de Len, J.L. 1992. Enfriamiento y calidad de la leche. En: El sector lcteo y el ordeo (Coord.: C.Buxad). FESLAC. Roy J. Dossat, Principios de Refrigeracin (Profesor de Refrigeracin y Aire Acondicionado, Universidad de Houston, Houston, Texas) Compaa Editorial Continental, S.A. 7 impresin en espaol, junio de 1972 Refrigeracin Juan Antonio Ramrez Miralles (Profesor de la Escuela Universitaria de Ingeniera Tcnica Industrial de Barcelona) Tercera Edicin, 1996. Ediciones CEAC,

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Diseo Electrnico 2 2011 10. Anexo 1: 10.1. Presupuesto: Elemento Intercambiador de Calor de Placas Bomba Centrfuga Bomba Centrfuga Tanque Isotermo Sistema de Control Motor para el Agitador TOTAL Descripcin 123000 kcal/h 64 l/s 64 l/s 3000 l -20HP Costo S/. 3000 S/. 1000 S/. 1000 S/. 5000 S/. 100 S/. 1000 S/. 11100

Todos los precios fueron obtenidos teniendo en cuenta la calidad del equipo, garanta y las caractersticas necesarias para el sistema planteado.

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Diseo Electrnico 2 2011 11. Anexo 2: 11.1. Identificacin de los Participantes: Apellidos Nombres DNI Telfono Correo : Dueas Guardia : Victor : 44770807 : 958293267 : vduenasg@unsa.edu.pe

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Diseo Electrnico 2 2011 12. Anexo 3: 12.1. Variacin del PH de la Leche:

Son muchos los microorganismos que metabolizan la lactosa como sustrato y la utilizan dando lugar a compuestos de menor masa molecular. Las fermentaciones que producen cido lctico son las ms importantes, pero hay otras fermentaciones que tiene tambin importancia considerable.

La acidificacin espontanea es el fenmeno ms frecuentemente observado en la leche conservada a temperatura ambiente. La leche acidificada tiene un olor y sabor distinto a los del cido lctico puro debido a que se forman, adems, otros compuestos, algunos de los cuales adquieren una gran importancia en el aroma de ciertos productos lcteos como mantequilla y yogures.

La fermentacin propinica se lleva a cabo por accin de las bacterias del gnero Propionibacterium, que fermentan el cido lctico a cido propinico, cido actico , CO2 y agua. Esta fermentacin es tpica de algunos tipos de quesos, siendo el proceso responsable de la aparicin de los caractersticos ojos.

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Diseo Electrnico 2 2011 La fermentacin butrica se produce a partir de la lactosa o del cido lctico con formacin de cido butrico y gas. Es caracterstica de las bacterias del gnero Clostridium y se caracteriza por la aparicin de olores ptridos y desagradables.

Es debido a estas fermentaciones que el pH de la leche disminuya si la dejamos a temperatura ambiente, ya que se comienzan a formar cidos, al aumentar la concentracin de estos empieza a descender el pH de la leche y esto es muy utilizado para la elaboracin de quesos, mantequilla y yogures.

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