Ingenieria de Plantas de Alimentos

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA

INGENIERÍA DE PLANTAS DE ALIMENTOS

Víctor Jairo Fonseca Vigoya Ingeniero Químico Master Brewer

TABLA DE CONTENIDO

INGENIERÍA DE PLANTAS DE ALIMENTOS ............................................................................................ 1 INGENIERÍA DE PLANTAS DE ALIMEnTOS ............................................................................................12 objetivos ESPECÍFICOS .................................................................................................................................14 1.1 generalidades .........................................................................................................................................15 1.1.1 ORGANIZACIÓN ...........................................................................................................................15 1.1.2 EDUCACIÓN...................................................................................................................................15 1.1.3 ENTRENAMIENTO ........................................................................................................................16 1.1.4 MANTENIMIENTO ........................................................................................................................16 1.2. EQUIPO ................................................................................................................................................16 1.2.1. maquinaria ......................................................................................................................................16 1.2.2. SISTEMAS .....................................................................................................................................16 1.2.2.1 sistema OPERACIONAL. .........................................................................................................16 1.1.7.2 sistema ESTRUCTURAL ..........................................................................................................17 1.1.7.3 sistema DE SOPORTe ...............................................................................................................17 1.1.7.4 sistema de TRANSMISion DE POTENCIA .............................................................................17 1.1.7.5 sistema MOTRIZ Y energetico. ...............................................................................................17 1.1.7.6 sistema DE CONTROL OPERACIONAL ................................................................................17 1.1.7.7 sistema DE AUTOMATISMO ..................................................................................................18 1.1.8 ANÁLISIS de los sistemas en un equipo .........................................................................................18 1.3 MATERIALES de fabricación de los equipos ....................................................................................21 1.3.1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES .....................................................................................21 1.3.1.1 RESISTENCIA A LA CORROSIÓN ...........................................................................................22 1.3.2 RESISTENCIA A LOS esfuerzos ....................................................................................................23 1.3.2.1 Tracción .....................................................................................................................................23 1.3.2.2 Compresión................................................................................................................................23 1.3.2.3 Cortadura ...................................................................................................................................24 1.3.2.4 Flexión .......................................................................................................................................24 1.3.2.5 Torsión.......................................................................................................................................25 1.3.3 materiales utilizados .........................................................................................................................25 1.3.3.1 HIERROS Y aceros ...................................................................................................................25 1.3.3.2 cobre Y SUS ALEACIONES ....................................................................................................27 1.3.3.3 Aluminio y sus aleaciones .........................................................................................................27 1.3.3.4 OTROS METALES Y ALEACIONES .....................................................................................28 1.3.3.5 MATERIALES NO METÁLICOS ...........................................................................................29 1.3.3.6 materiales para fabricar ELEMENTOS DE TRANSMISION DE POTENCIA. .......................34 1.4 Elementos de maquinas .......................................................................................................................34 1.4.1 ELEMENTOS ESTRUCTURALES. ...............................................................................................34 1.4.1.1 Platinas. .....................................................................................................................................36 1.4.1.2 Angulos......................................................................................................................................36 1.4.1.3 Canales en U. .............................................................................................................................36 1.4.1.4 Perfiles en T, I, H y otros...........................................................................................................36 1.4.2 ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA. ....................................................................37 1.4.2.1 Ejes. ...........................................................................................................................................37 1.4.2.2 Poleas.........................................................................................................................................37

1.4.2.3 Correas.......................................................................................................................................38 FIGURA 1-8 PERFILLES.....................................................................................................................38 1.4.2.4 PiÑones y engranajes.................................................................................................................38 1.4.2.5 Cadenas......................................................................................................................................39 1.4.3 otros elementos .................................................................................................................................40 1.4.3.1 RODAMIENTOS ......................................................................................................................40 1.4.3.2 BIELAS .....................................................................................................................................42 CAPÍTULO 2 ....................................................................................................................................................45 objetivos ESPECÍFICOS .................................................................................................................................45 2. EQUIPOS DE TRANSPORTE ....................................................................................................................46 2.2.2.2.Transportadores Redler..................................................................................................................51 2.3.1 Elevadores de cangilones o de bolsillo. (Figura 2-7).......................................................................54 2.4 TRANSPORTADORES MIXTOS .......................................................................................................56 2.4.1 Transportadores Neumáticos ............................................................................................................56 2.5EQUIPOS para transporte de fluidos .........................................................................................................58 2.5.1 BOMBAS .............................................................................................................................................58 2.5.1.1 Bombas de desplazamiento positivo ..............................................................................................58 2.5.1.2 Bombas CENTRÍFUGAS..............................................................................................................60 2.5.1.2.1 bombas centrífugas sanitarias .................................................................................................62 2.5.1.2.2 Bombas autocebantes..............................................................................................................62 2.5.1.2.3 Bombas de alta presión ...........................................................................................................63 2.5.1.3 BOMBAS ALTERNATIVAS .......................................................................................................64 2.5.1.4 Otros tipos de bombas ...................................................................................................................64 2.5.1.4.1 bomba de chorro .....................................................................................................................64 2.5.1.4.2 ariete hidráulico ......................................................................................................................64 2.6 Compresor alternativo .........................................................................................................................67 2.6.1 Compresor rotativo ...........................................................................................................................67 2.7 Ventiladores y sopladores .....................................................................................................................68 2.8 Colectores de polvo, ciclones y refrigeradores de gases .....................................................................69 2.9 Mecanismos para producir el vacio .....................................................................................................70 EQUIPOS DE LIMPIEZA, SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN ...................................................................71 objetivos ESPECÍFICOS .................................................................................................................................72 3.1.1 Báscula de pesado.............................................................................................................................73 3.1.2 Banda de selección ...........................................................................................................................73 3.1.3 Prelavador.........................................................................................................................................74 3.1.4 Lavador.............................................................................................................................................75 3.1.5 Máquina peladora .............................................................................................................................76 3.2 Selección Y CLASIFICACIÓN ............................................................................................................77 3.2.1 Separadores Magnéticos ...................................................................................................................77 3.2.2 Sedímentadores y espesadores..........................................................................................................78 3.2.3 CRIBA PLANA CORTA .................................................................................................................79 3.2.4 filtros ................................................................................................................................................82 3.2.4.1 Filtro-ciclón ...............................................................................................................................82 3.2.4.2 Filtros de gravedad ....................................................................................................................83 3.2.4.3 Filtros prensa .............................................................................................................................84 3.2.4.4 filtros de bolsa ...........................................................................................................................86 3.2.4.5 filtros de tambor rotatorio ..........................................................................................................87

3.2.4.6 filtro de succión de discos rotatorios .........................................................................................88 3.2.4.7 filtro de succión discontinuo......................................................................................................89 3.2.4.8 filtro rotatorio horizontal ...........................................................................................................89 3.2.4.9 filtros de cámara de presión .......................................................................................................90 3.2.4.10 Filtros de vacío ........................................................................................................................90 3.2.4.11 filtro rotatorio de discos ...........................................................................................................91 3.2.4.12 Filtro ósmosis inversa ..............................................................................................................91 3.2.5 CENTRÍFUGA. ................................................................................................................................92 3.2.6 Separadores centrífugos de operacIón continua ...............................................................................94 CAPITULO cuatro ...........................................................................................................................................98 objetivos ESPECÍFICOS .................................................................................................................................98 4. Equipos de reducción de tamaño y tamizado ...............................................................................................99 4.1 generalidades .........................................................................................................................................99 4.2 molinos.................................................................................................................................................102 4.2.8 Molino de martilloS ........................................................................................................................102 4.2.2 molino de barras. ............................................................................................................................103 4.2.3 molino de bolas.............................................................................................................................104 4.2.4 trituradora rotatoria .........................................................................................................................105 4.2.6 molino de cilindros .........................................................................................................................105 4.2.7 Molino de cono ...............................................................................................................................107 4.2.10 Molinos laminadores. ...................................................................................................................107 4.3 otros equipos de reducción de tamaño ..............................................................................................108 4.3.1 Desintegrador de pulpa ...................................................................................................................108 4.3.2 Despulpadora ..................................................................................................................................108 4.3.3 Despulpadora manual .....................................................................................................................109 4.3.4 Refinadora ......................................................................................................................................110 4.3.5 Cortadoras o cutter .........................................................................................................................110 4.3.6 Cortadora de hortalizas. ..................................................................................................................112 4.3.7 Cortadora manual ...........................................................................................................................112 4.3.8 Licuadora industrial ........................................................................................................................112 4.4 TAMIZADO.........................................................................................................................................113 4.4.1 Tamices separadores de aire ...........................................................................................................114 4.4.2 Tamiz pLano vibratorio ..................................................................................................................116 4.4.3 Tamiz rotatorio ...............................................................................................................................116 4.5 Análisis granulométrico ......................................................................................................................116 CAPITULO cinco ...........................................................................................................................................118 objetivos ESPECÍFICOS ...............................................................................................................................118 5.1 generalidades .......................................................................................................................................119 5.2 MEZCLA de fluidos ............................................................................................................................121 5.3 Equipos de mezclado ...........................................................................................................................121 5.3.1 Mezcladoras para líquidos de viscosidad baja o media ..................................................................121 5.3.1.1 mezcladores de paletas ............................................................................................................122 5.3.1.2 mezcladores por impulsión ......................................................................................................122 5.3.1.3 Dispositivos para mejorar la dispersión en líquidos de productos pulverizados......................123 5.3.2 Mezcladoras para líquidos muy viscosos y pastas ..........................................................................124 5.3.2.1 Impulsores de eje vertical de baja velocidad ...........................................................................124 5.3.2.2 Mezcladora de palas horizontales de eje gemelo .....................................................................124

5.3.2.3 Mezcladoras de planetarios......................................................................................................124 5.3.2.4 Mezcladoras continuas del tipo rotor-stator.............................................................................125 5.3.2.5 Sistemas de agitador múltiple ..................................................................................................126 5.3.2.6 mezclador Homogenizador ......................................................................................................126 5.3.2.7 Otros tipos de mezcladoras ......................................................................................................126 5.3.3 Mezcladoras para productos pulverizados y granulados.................................................................127 5.3.3.1 Mezcladora por volteo ............................................................................................................127 5.3.3.2 Mezcladora de cinta .................................................................................................................127 5.3.3.3 Mezcladora de tornillo VERTICAL ........................................................................................127 5.3.4 Mezcladoras para carnes .................................................................................................................127 5.4 AGITADORES ....................................................................................................................................130 5.4.1 Agitación de Líquidos viscosos. .....................................................................................................130 5.4.2 Agitación de sólidos. ......................................................................................................................131 5.5 amasadoras...........................................................................................................................................131 5.5.1 Amasadoras CONTINÚAS ............................................................................................................131 5.5.2 Amasadora de alta velocidad ..........................................................................................................131 5.5.3 Amasadora de artesa abierta ...........................................................................................................132 objetivos ESPECÍFICOS ...............................................................................................................................134 6.2 EQUIPOS DE EVAPORACIÓN........................................................................................................136 6.2.1 EVAPORADOR DE CIRCULACION NATURAL ......................................................................136 6.2.1.1 evaporador ABIERTO .............................................................................................................136 6.2.1.2 Evaporador de TUBOS CORTOS HORIZONTALES ............................................................136 6.2.1.3 Evaporador de TUBOS CORTOS VERTICALES ..................................................................136 6.2.1.4 Evaporador de CIRCULACIÓN VERTICAL CON CALANDRIA EXTERIOR...................138 6.2.2. EVAPORADOR DE CIRCULACION FORZADA ......................................................................138 6.2.3. EVAPORADORES DE TUBOS LARGOS ..................................................................................138 6.2.3.1 Evaporador de PELÍCULA ASCENDENTE...........................................................................138 6.2.3.2 Evaporador de PELICULA ASCENDENTE DESCENDENTE ............................................139 6.2.3.3 Evaporador de PELICULA DESCENDENTE ........................................................................139 6.2.4 EVAPORADORES DE PLACAS..................................................................................................139 6.2.4.1 Evaporador de PELICULA ASCENDENTE DESCENDENTE .............................................139 6.2.4.2 EVAPORADORES DE PELICULA DESCENDENTE .........................................................140 6.2.5 EVAPORADOR DE FLUJO EXPANDIDO de CONOS INVERTIDOS .....................................140 6.2.6 EVAPORADORES DE PELÍCULA DELGADA MECANICA .................................................140 6.2.6.1 Evaporador de SUPERFICIE RASCADA HORIZONTAL ...............................................140 6.2.6.2 Evaporador CENTRITHERY .................................................................................................141 6.2.7 Evaporador de CICLO DE REFRIGERACION O BOMBA CALORIFICA.................................141 6.2.8 Concentradores de pulpa ................................................................................................................141 6.3 La conservación de calor en los equipos de evaporación .................................................................142 6.3.1 Hacia adelante ...............................................................................................................................143 6.3.2 Hacía atrás ......................................................................................................................................144 6.3.3 Mixta ..............................................................................................................................................144 6.3.4 En paralelo ......................................................................................................................................145 6.4 Cristalizadores .....................................................................................................................................145 6.5 SECADORES .......................................................................................................................................146 6.5.1 CONCEPTOS BÁSICOS ...............................................................................................................147 6.5.2 EQUIPOs PARA SECADO ...........................................................................................................148 6.5.2.1 SECADORES ESTACIONARIOS .........................................................................................149 Secadores De ambiente o solares.....................................................................................................149 Secadores De Cuartos u hornos (estufas) .......................................................................................149

Secadores De bandejas o estantes, cabinas o compartimentos. .......................................................152 Secadores De carro. .........................................................................................................................152 Secadores De cama o lecho fijo. ......................................................................................................152 Secadores De vapor. ........................................................................................................................153 Secadores De anaqueles o estantes enchaquetados. .........................................................................153 Secador de olla. ...............................................................................................................................154 6.5.2.2 SECADORES DE TAMBOR..................................................................................................154 6.5.2.3 Secadores De TRANSPORTADOR ........................................................................................156 Secadores De TÚNEL .....................................................................................................................156 Turbo secadores ...............................................................................................................................158 Secadores Rotatorios de bandejas. ...................................................................................................159 Secadores De torre. ..........................................................................................................................159 Secadores De tornillo.......................................................................................................................160 Secadores Vibratorios. ....................................................................................................................160 Secador vibratorio de carcaza. .........................................................................................................160 6.5.2.4 Secadores ROTATORIOs. ......................................................................................................161 SECADOR ROTATORIO DIRECTO ............................................................................................161 Secador rotatorio indirecto. .............................................................................................................163 Secador rotatorio de vapor. ..............................................................................................................164 Secador rotatorio directo-indirecto. .................................................................................................165 Secador rotatorio de lumbrera o persiana. .......................................................................................166 6.5.2.5 SECADORES AL VACIO ......................................................................................................167 6.5.2.6 SECADORES COMBINADOS ..............................................................................................169 Secador filtro. ..................................................................................................................................169 Secador centrifugo. ..........................................................................................................................169 6.5.2.7 SECADORES DE BOBINA O DE ROLLO ...........................................................................170 6.5.2.8 secadores DE PARTICULAS SUSPENDIDAS .....................................................................170 SECADOR DE CHORRO “SPRAY DRYERS”.............................................................................170 Secadores Instantáneos ....................................................................................................................171 Secador de lecho fluidizado. ............................................................................................................173 6.5.2.9 Secadores ESPECIALES .........................................................................................................174 Secadores dieléctricos......................................................................................................................174 Secadores Infrarrojos .......................................................................................................................174 Plantas de secado por atomización ..................................................................................................175 Deshidratador ..................................................................................................................................177 objetivos especificos ........................................................................................................................................180 7.1 generalidades .......................................................................................................................................181 7.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR ..............................................................................................182 7.2.1 INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO ...............................................................................184 7.2.2 INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CARCAZA .....................................................................186 CLASES DE INTERCAMBIADORES DE TUBOS Y CARCAZA ..................................................190 INTERCAMBIADORES DE PLACAS ..................................................................................................193 7.2.3 SUPERFICIES EXTENDIDAS .....................................................................................................196 7.3 RECIPIENTES de calefacción ...........................................................................................................197 7.3.1 RECIPIENTES DE CALEFACCIÓN INDIRECTA POR SERPENTINES ..................................199 7.3.2 Recipientes de calefacción Indirecta por tubos rectos ....................................................................200 7.3.3 RECIPIENTES DE CALEFACCIÓN POR CAMISA O CALANDRIA.......................................201 7.4 EQUIPOS PARA ESTERILIZACIÓN .............................................................................................201 7.4.1 PRocesos DE ESTERILIZACIÓN .................................................................................................206 7.4.1.1 Esterilización por calor seco ....................................................................................................206 7.4.1.2 Esterilización por calor húmedo ..............................................................................................206

7.4.1.3 Esterilización por agentes químicos ........................................................................................206 7.4.1.4 Esterilización por radiaciones ..................................................................................................206 7.4.2 El autoclave ....................................................................................................................................206 7.4.3 Autoclave VERTICAL estacionaria ...............................................................................................211 7.4.4 Túnel de pre-esterilización .............................................................................................................211 7.5 Pasterización. .......................................................................................................................................212 7.6 Procedimientos UHT. ..........................................................................................................................212 7.7 CONDENSADORES ...........................................................................................................................213 7.8 ENFRIAMIENTO Y REFRIGERACIÓN ........................................................................................214 7.9 CONGELACIÓN ................................................................................................................................215 7.9 caldera ..................................................................................................................................................218 objetivos ESPECÍFICOS ..........................................................................................................................222 8.1 GENERALIDADES de EMPAQUE O EMBALAJE .......................................................................223 8.2 CONSERVACIÓN DE ALIMEnTOS ...............................................................................................224 8.3 Envase y empaque ...............................................................................................................................225 8.3.1 emBotellado....................................................................................................................................225 8.3.2 empaque en Cajas de cartón ...........................................................................................................225 8.3.3 Ensacado .........................................................................................................................................226 8.3.4 Otras operaciones ...........................................................................................................................226 8.3.5 Envasadora de líquidos ...................................................................................................................229 8.3.5 Envasadora de líquidos ...................................................................................................................231 8.3.6 CERRADORAS DE ENVASES DE HOJALATA CILÍNDRICOS o Enlatadoras .......................231 8.3.7 EMBUTIDORA .............................................................................................................................236 8.4 ALMACENAMIENTO .......................................................................................................................239 8.4.1 ASPECTOS PRINCIPALES En construcción para lugares de almacenamiento ...........................239 8.4.1.1 Pisos.........................................................................................................................................239 8.4.1.2 Paredes.....................................................................................................................................239 8.4.1.3 Techos .....................................................................................................................................240 8.4.2 ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS ...................................................................................240 8.4.2.1 almacenamiento de Granos ......................................................................................................240 8.4.2.2 almacenamiento de Líquidos ...................................................................................................241 Tipos de tanques de almacenamiento ..............................................................................................242 DIMENSIONES DE LOS TANQUES ............................................................................................242 ADITAMENTOS DE LOS TANQUES ..........................................................................................243 MATERIALES MAS UTILIZADOS EN LA ELABORACIÓN DE TANQUES ..........................244 8.4.2.3 almacenamiento de paquetes o cargas unitarias......................................................................244 8.4.3 Almacenamiento Refrigerado .........................................................................................................246 8.4.4 Almacenamiento por Congelación .................................................................................................246 8.4.5 REQUERIMIENTOS PARA UN BUEN ALMACENAMIENTO ................................................246 objetivos ESPECÍFICOS ..........................................................................................................................250 9 PROCESOS INDUSTRIALES ...................................................................................................................251 9.1 Industria de lacteos..............................................................................................................................251 9.1.1 RECEPCIóN ...................................................................................................................................251 9.1.2 Pasterización ...................................................................................................................................251 9.1.2.1 equipos de pasteurización ........................................................................................................252 9.1.2.2 ultrapasteurización ...................................................................................................................252

9.1.3 Estandarización del contenido de grasas ........................................................................................252 Equipos de estandarizacion .................................................................................................................252 9.1.4 PROCESOS DE RECOMBINAción ..............................................................................................253 9.1.5 mantequilla .....................................................................................................................................253 9.1.6 Leche condensada y evaporada. .....................................................................................................254 10.1.7 leche en polvo ...............................................................................................................................255 9.1.8 Yogur. .............................................................................................................................................256 9.1.9 MARGARINA ...............................................................................................................................256 9.2 Industria de cereales............................................................................................................................258 9.3 INDUSTRIA PANIFICADORA.........................................................................................................259 9.3.1 pan de molde...................................................................................................................................259 9.3.2 Panaderías. ......................................................................................................................................262 9.4 INDUSTRIA deL CACAO .................................................................................................................263 9.4.1 elaboración cacao en polvo.............................................................................................................263 9.4.2 FABRICACIÓN DE CHOCOLATES ...........................................................................................264 9.4.2.1 elaboración del Chocolate........................................................................................................264 9.4.2.2 Tipos de chocolate ...................................................................................................................266 9.5 INDUSTRIA deL café .........................................................................................................................267 9.5.1 Acondicionado de los granos ..........................................................................................................267 9.5.2 Tueste .............................................................................................................................................268 9.5.3 café soluble .....................................................................................................................................268 9.5.3.1 Fabricación del café soluble ....................................................................................................268 9.5.3.2 Secado por pulverización.........................................................................................................269 9.5.3.3 Aglomeración ..........................................................................................................................269 9.5.3.4 Secado por congelación acelerada, o liofilización ...................................................................269 9.6 Industria CERVEcera .........................................................................................................................270 9.6.1 Proceso de fabricación de la cerveza ..............................................................................................271 9.6.2 Maceración por infusión ................................................................................................................273 9.6.3 Macerado por decocción .................................................................................................................273 9.6.4 Ebullición .......................................................................................................................................273 9.6.5 Fermentación ..................................................................................................................................274 9.7 fabricación de AZÚCAR refinado .....................................................................................................276 Refinado ..................................................................................................................................................278 9.8 TRATAMIENTO DE AGUAS Y ALMACENAMIENTO ..............................................................278 Tratamiento del agua ...............................................................................................................................279 10.- GENERALIDADES .....................................................................................¡Error! 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10.1. Lectura complementaria ........................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

10.2.- Procesos y operaciones unitarias en la industria de alimentos. ......... ¡Error! Marcador no definido.

10.2.1- Procesos.- ...................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. los más usuales son:................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

10.2.2. Operaciones unitarias.......................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

10.2.3. Transferencias...................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

10.2.4.- Flujos. .....................................................................................................¡Error! Marcador no definido.

11.- OPERACIONES Y PROCESOS INDUSTRIALES. ..............................................................................284 11.1.- Operación. ........................................................................................................................................284 11.1.1.Operaciones secuenciales .............................................................................................................285

11.1.2.Operaciones paralelas. ..................................................................................................................286 11.3.- Proceso industrial. ...........................................................................................................................289 11.4. - Estudio del proceso industrial .......................................................................................................292 11.4.1. Clases de proceso. .......................................................................................................................292 11.4.1.1. Proceso de cochada..............................................................................................................293 11.4.1.2.- Proceso continuo. ...............................................................................................................293 11.4.2. Diagrama de flujo. .......................................................................................................................297 11.4.2.1. Clasificación. ........................................................................................................................297 Se tienen diversas clasificaciones de los diagramas de acuerdo a la información suministrada y la forma como ella se presenta. ...............................................................................................................297 11.4.2.2. Diagrama de flujo cualitativo. .............................................................................................297 11.4.2.3. Diagrama de flujo cuantitativo. ............................................................................................297 11.4.2.4. Diagrama de flujo combinado...............................................................................................297 11.4.2.5- Diagrama elemental..............................................................................................................298 11.4.2.6. Diagrama simbólico general. ...............................................................................................300 11.4.2.7. Diagrama simbólico específico.............................................................................................302 11.4.3 Variables de proceso.- .................................................................................................................303 En muchos procesos lo que establece su continuidad son las formas como se manipulen las variables que se tienen en cada operación o etapa. a la vez, esta manipulación requiere de equipos o aparatos diferentes. ................................................................................................................................................303 12.2. Manejo del proceso.-.........................................................................................................................314 A.- Cocimiento del Pollo .................................................................................................................320 13.1 P&ID ...................................................................................................................................................... 6 13.3. CUADERNO DE TAREAS ...............................................................................................................11 13.4.2. Tamaño de los Equipos..................................................................................................................16 13.4.3 Calculo para equipos de proceso continuo. ....................................................................................16

PROLOGO Si bien, por sus aplicaciones en las comunidades humanas, la historia de la ingeniería se remonta hacia el año 3000 A.C., , tan solo hacia el año 200 de nuestra era, aparece en el imperio romano el vocablo “ ingenium “ para designar al ariete, máquina de guerra en ese entonces.

El guerrero que dirigía a los hombres que manejaban el ariete recibió el nombre de “ingenietur”, Hacia el renacimiento, siglos XIII y XIV, quienes se dedicaban al diseño y fabricación de máquinas recibieron este nombre, en tanto que el arte de fabricar máquinas recibía el nombre de ingeniería.

Más tarde, hacia el siglo XVII, el término paso al inglés como “engine” referido específicamente a máquina y “engineer” al maquinista u operador de máquina El término “ingenietur” fue acogido por militares dedicados la fabricación de armas y por civiles que construían equipos para la extracción de carbón y minerales. Nacían los ingenieros militares y de minas, con estudios fundamentados en la física.

Las aplicaciones de equipos y máquinas se extendieron a la construcción de ferrocarriles, carreteras, puentes y grandes construcciones, dando lugar a la Ingeniería Civil.

El estudio de la química y sus aplicaciones en la industria dio lugar a la Ingeniería Química, de donde se ha derivado la Ingeniería de Alimentos.

Debe entenderse que Ingeniería de Plantas de Alimentos, es la aplicación del estudio de los equipos y maquinas de la industria alimentaria, y su interrelación con procesos, insumos, materiales, servicios industriales, mano de obra y espacios, integrados en lo que se denomina Planta.

El presente módulo comprende específicamente el estudio de equipos, procesos desde el punto de vista de la ingeniería y el diseño de planta, propiamente dicho.

INGENIERÍA DE PLANTAS DE ALIMENTOS

UNIDAD PRIMERA

MAQUINARIA Y EQUIPOS

CAPÍTULO UNO

GENERALIDADES, ELEMENTOS DE MAQUINAS Y MATERIALES DE FABRICACIÓN

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Conocer los diversos elementos que integran un equipo.

2. Distinguir los sistemas que conforman la maquinaria y los equipos.

3. Entender el principio mecánico de los

más importantes elementos que le

otorgan las características funcionales a un equipo.

4. Conocer los materiales de mayor uso en la fabricación de equipos, reacciones, ventajas, y desventajas que ofrecen cada uno de ellos.

5. Diferenciar entre los tipos de materiales metálicos y no metálicos.

1. GENERALIDADES, ELEMENTOS DE MAQUINAS Y MATERIALES DE FABRICACIÓN 1.1 generalidades La tecnología de alimentos relaciona la ciencia con la técnica, así el profesional de ésta área debe poseer una buena fundamentación en ciencias básicas y de los alimentos que le permita aplicarlas a la solución de problemas y en la ingeniería de Alimentos se aplican los principios científicos y de ingeniería para el diseño, desarrollo y operación de equipos y procesos en el ámbito alimentario teniendo en cuenta las características físicas, químicas, microbiológicas, reolóqicas y sensoriales de los alimentos, para el diseño específico de los equipos requeridos en la transformación de cada materia prima, de acuerdo con los requerimientos del producto terminado.

De ésta manera los profesionales del área de alimentos se encuentran comprometidos con el diseño y selección de equipos, así éste módulo busca suministrar una fundamentación básica que facilite y permita adquirir criterios para tal fin, como también facilitar el proceso en la toma de decisiones en materia de inversiones, funcionalidad y efectividad de los procesos de la industria de los alimentos.

Los cuatro elementos fundamentales que se deben tener en cuenta para obtener éxito en el manejo de maquinaria y equipos son: Organización, educación, entrenamiento y mantenimiento. Cada uno de ellos es importante y no se puede eliminar ninguno sin afectar seriamente la eficacia que se busca.

1.1.1 ORGANIZACIÓN La Organización es un elemento muy importante para el Ingeniero ya que determina la optimización de diversos recursos bien sean físicos, tecnológicos, humanos o económicos. Se debe conocer claramente el objeto empresarial, la disponibilidad del recurso humano y la naturaleza de la maquinaria y equipo para relacionarlos con la infraestructura física. Como el objetivo empresarial define la complejidad organizativa de los sistemas de instalación con sus requerimientos y naturaleza entonces se relaciona directamente con la disponibilidad de máquinas, equipos y sistemas de potencia, alimentación y montaje. Finalmente hay que destacar en la relación del hombre con el sitio de producción su capacitación, habilidad, destreza y riesgos de accidentabilidad; características que se deberán desarrollar a nivel de empresa.

1.1.2 EDUCACIÓN La capacitación de los diferentes niveles operativos del personal vinculado directa o indirectamente al proceso productivo incide en beneficio de la empresa y en la optimización del proceso. Esta capacitación debe ser objetiva, aplicada a la disponibilidad tecnológica y a la infraestructura de la empresa. Para disminuir los

riesgos de accidentalidad y garantizar una optimización de los recursos, es conveniente implementar una capacitación inductiva del operario de manera integral, esto desarrollará confiabilidad en cada persona, permitirá delegar funciones y por ende un efectivo control de la calidad.

1.1.3 ENTRENAMIENTO En la industria de los alimentos se requiere de un constante entrenamiento y actualización del personal para que sus actividades cumplan tanto con las exigencias del trabajo como con los adelantos tecnológicos y necesidades del mercado.

El entrenamiento abarca aspectos de reconocimiento general de cada parte del proceso, esto incluye entender las partes del equipo y la función que cumple dentro de la transformación del producto. Por esto un operario adecuadamente entrenado asegurará una mayor vida útil de los equipos y la calidad en el servicio producido en cada planta.

1.1.4 MANTENIMIENTO El mantenimiento de los equipos ocupa un primer plano teniendo en cuenta que este es el que permite su eficiente funcionamiento, esto se logra con un acertado programa de mantenimiento en combinación con un apropiado programa de producción que no exceda los límites del equipo. El conocimiento de cada máquina, su sistema de alimentación, redes de distribución, codificación, ubicación y piezas de mayor desgaste garantizan un trabajo coordinado, integral y funcional.

1.2. EQUIPO Es uno o más sistemas organizados e integrados para realizar un proceso o una operación unitaria, fin o servicio, a nivel industrial 1.2.1. MAQUINARIA Conjunto de equipos para desarrollar un proceso industrial 1.2.2. SISTEMAS Desde un punto de vista eminentemente mecánico los equipos se componen de uno o más sistemas, a la vez cada sistema consta de uno o más subsistemas. Un sistema o un subsistema pueden realizar una o más operaciones simultáneas. Los principales sistemas son: el operacional, el estructural y de soporte, los de transmisión de potencia, el motriz y energético, el de control y los de automatismo.

1.2.2.1 SISTEMA OPERACIONAL. Es el elemento o conjunto de elementos encargado de realizar la función específica del equipo. En algunos equipos el sistema operacional lo es todo, por ejemplo una

olla doméstica, no obstante, con muy pocas excepciones, los sistemas operacionales tienen movimiento para ejecutar su labor.

Normalmente el sistema operacional está sometido a fuerzas de diversa índole y que producen diferentes efectos.

Para los cálculos mecánicos las fuerzas se expresan en función del área sobre la cual se aplican, esta relación recibe el nombre de esfuerzo.

1.1.7.2 SISTEMA ESTRUCTURAL Pieza o conjunto de piezas que permite la integración de los demás sistemas.

En la inmensa mayoría de los equipos se constituye en el cuerpo del mismo, o la carcaza generalmente en material fundido de acuerdo con los requerimientos funcionales de este.

1.1.7.3 SISTEMA DE SOPORTE Es el sistema que permite la fijación del equipo a una superficie. Dependiendo del equipo y su disposición, los soportes pueden ser horizontal, tanto de piso como de techo y vertical o lateral sobre paredes.

Estos soportes deben ser solidarios con los elementos estructurales.

1.1.7.4 SISTEMA DE TRANSMISION DE POTENCIA Conjunto que causa y transmite el movimiento desde el sistema motriz al sistema operacional, generando los desplazamientos de las piezas del equipo para lograr el principio de funcionamiento mecánico de este.

Estos sistemas de transmisión de potencia pueden ser por engranajes, poleas ejes directos, etc.

1.1.7.5 SISTEMA MOTRIZ Y ENERGETICO. Suministra la energía eléctrica o mecánica requerida para el movimiento de las piezas. El motor es la máquina destinada a la transformación de la energía térmica o eléctrica en movimiento mecánico útil.

Los motores pueden utilizar energía calorífica, eléctrica, hidráulica y convertirla en energía mecánica ya sea de rotación o desplazamiento.

1.1.7.6 SISTEMA DE CONTROL OPERACIONAL

Conjunto de elementos que permiten el control operacional y mecánico del equipo así como de las variables especificas del proceso de producción del que forma parte.

Los sistemas de control buscan ahorrar energía, mejorar la utilización de la maquinaria, optimizar el rendimiento de las instalaciones al evitar fluctuaciones, disminuir el mantenimiento y la mano de obra, mejorar la homogeneidad de los productos y su calidad, disminuir las mermas o pérdidas de producto y mejorar la seguridad de las instalaciones, entre otras.

1.1.7.7 SISTEMA DE AUTOMATISMO Conjunto de instrumentos de medición y control que permiten el funcionamiento de la maquinaria de acuerdo a un programa operacional previamente definido.

El objetivo que se persigue cuando se habla de control de una variable es el mantenimiento del valor de la magnitud dentro de un margen prefijado, y la regulación automática tiende a hacer que se recupere la situación anterior a la variación desestabilizadora.

El control de la variable puede realizarse manualmente o automáticamente a través de dispositivos que realizan acciones sobre los equipos, sin la intervención humana.

En algunos equipos y de acuerdo a su tamaño y grado de automatización se tienen sistemas como son hidráulico, neumático, de enfriamiento o refrigeración, de calefacción, de seguridad, etc.

1.1.8 ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS EN UN EQUIPO Para entender estos sistemas se recurre a un sencillo molino picador de carnes que se utiliza para trocear las materias primas que entran en la composición de la mayoría de productos cárnicos. Técnicamente esta máquina es un molino de discos, que efectúa una operación unitaria de reducción de tamaño.

El molino consta de las siguientes partes básicas como se muestra en la figura No 1-1.

1. Tolva de recepción y alimentación de la maquina 2. Rejilla de protección 3. Túnel de alimentación de la máquina 4. Tuerca de fijación del tornillo de propulsión sinfín 5. caja de transmisión 6. Graseras 7. Motor eléctrico 8. Base de la máquina 9. Ruedas para el traslado 10. Tornillo propulsor sinfín 11. Cuchilla de cuatro hojas

12. Disco perforado 13. Anillo de retención 14. Cabeza guía de fijación 15. Ranura 16. Eje, transmisión del movimiento de rotación

Figura No 1-1. MOLINO

Ayudados por ésta figura se establecen los siguientes sistemas: Operacional, lo constituyen dos discos (11 y 12), uno fijo y el otro giratorio. El disco fijo esta sujeto a la estructura, en tanto el giratorio se sujeta al tornillo de alimentación (10). Es aquí donde propiamente ocurre la molienda. Cuando el material tiene un tamaño relativamente grande la trituración va ocurriendo mientras se alimentan los discos.

Estructural, se conoce también como cuerpo o carcaza (3 y 8) y es donde se ubican y contienen los demás sistemas. También como el resto de partes está elaborada en fundición.

De Soporte, para fijar la máquina o transportarla dentro de la planta se dispone de unas ruedas para el traslado (9) con un freno de sujeción para asegurar el conjunto al soporte.

Alimentación o Carga. Este sistema está compuesto de varios subsistemas como son la tolva (1) de acumulación para alimentar (3), y el tornillo sinfín (10), que hace parte de otro sistema.

Motriz, para el caso de este equipo la máquina dispone de un motor eléctrico (7) el cual genera la fuerza de trituración, mediante un torque en un movimiento giratorio, dado por el eje y transmitido a la caja de transmisión (5) que se encarga de cambiar las revoluciones y el ángulo de rotación necesario.

Transmisor de potencia, para este ejemplo el sistema de transmisión de potencia está conformado por una caja de transmisión (5), el tornillo sinfín (10).

Control. El molino dispone de dos discos, uno para determinar o controlar el tamaño del producto (12), y otro para protección del operario (2).

Figura No 1-2 INTERIOR DEL MOLINO

Las posiciones correctas para dos discos con dos cuchillas se pueden observar en la figura No. 2 y son:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Tornillo propulsor sinfín Primera cuchilla Primer disco con perforaciones de 8 mm Segunda cuchilla Segundo disco con perforaciones de 4mm Anillo de retención Cabeza de fijación

En la misma figura, la posición correcta para el uso de un disco con una cuchilla es la siguiente: 8. cuchilla 9. Disco con perforaciones de 8 mm 10. Primer anillo de retención 11. Segundo anillo de retención 1.3 MATERIALES de fabricación de los equipos Es importante conocer los diferentes materiales que se utilizan para fabricar máquinas y equipos de la industria alimentaría ya que esto permite comprender, relacionar, evaluar y seleccionar cada uno de ellos de acuerdo con la naturaleza de la materia prima y la operación o proceso unitario al que se somete para la obtención del producto terminado.

En la elección de los materiales más apropiados se debe tener en cuenta, entre otros, la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas o resistencia a los esfuerzos. De acuerdo a los equipos, sus elementos están hechos de diversos materiales, siendo metales los más usuales y entre ellos los aceros, el cobre y el aluminio. igualmente se emplean aleaciones como bronces, y latones y hoy por hoy, plásticos y polímeros, como PVC, Teflón, etc.

1.3.1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Los equipos, especialmente los sistemas operacionales están en contacto con sustancias que pueden afectar la estructura química y física de los materiales con los cuales están fabricados.

En general todos los sistemas soportan fuerzas de diferente índole, que puedan causar daños, aún rupturas, en la estructura física de los materiales.

Los materiales empleados en la fabricación de equipos deben tener propiedades químicas y físicas que le permitan realizar satisfactoriamente el trabajo durante un largo tiempo, conocido como vida útil de equipo.

Las piezas ó conjuntos de los equipos se fabrican en diversos materiales, ello dependiendo de las acciones físicas y químicas a los cuales están sometidos.

Los principales efectos o acciones químicas son la corrosión y la incrustación, a la vez la corrosión puede obedecer a la acción química o a la acción de corrientes eléctricas continuas que se generan en los materiales y que llevan a la ionización de los compuestos químicos de los que están elaborados los materiales.

Las fuerzas aplicadas a aéreas especificas de los elementos o sistemas que conforman un equipo se denominan esfuerzos, con símbolo ., teniendo como expresión = F/A La unidades de los esfuerzos , son exactamente las mismas de la presión, aunque comercialmente se emplean kg/cm2 y psi.

1.3.1.1 RESISTENCIA A LA CORROSIÓN En la industria de alimentos los equipos utilizados son sometidos a acciones químicas tanto por las materias primas como por los agentes de limpieza.

Teniendo en cuenta que son de vital importancia las condiciones de asepsia de la maquinaria, ésta no debe presentar deterioros y por esto la importancia de la resistencia a la corrosión de los materiales en los que son fabricados.

Para una acertada elección del material es conveniente someterlo a situaciones similares a las del ambiente del proceso en cuanto a temperaturas, presión y tiempo.

Figura Nº 3 Corrosión e Incrustación 1.3.1.2. RESISTENCIA A LA INCRUSTACIÓN. Prácticamente todas los líquidos, aún el agua potable, empleados en la industria de alimentos tienen sólidos disueltos que en diversas circunstancias forman depósitos o incrustaciones que afectan la superficie o pulido de los materiales, generando condiciones adversas para aseos pero si propicias para el desarrollo de microorganismos. Algunos materiales son muy afines a esos depósitos, tal es el caso de tuberías galvanizadas respecto a las aguas potables en tanto que las de PVC, presenta mínima afinidad a las sales que contienen las aguas potables.

1.3.2 RESISTENCIA A LOS ESFUERZOS Cuando sobre un cuerpo fijo e inmóvil se aplica una fuerza, el cuerpo sufre una deformación más o menos visible.

Según la posición de la fuerza respecto al cuerpo éste estará sujeto a esfuerzos de tipo diverso, de las cuales cinco se consideran fundamentales y se denominan simples.

Para entender los diferentes tipos de esfuerzos se considerará un sólido de sección uniforme y forma alargada, llamado genéricamente viga con un extremo fijo rígidamente, como en el ejemplo de la Figura No. 6, empotrado en un extremo, se muestran los cinco esfuerzos simples que son: Tracción, compresión, cortadura, flexión y torsión.

1.3.2.1 TRACCIÓN Cuando un material empleado en la construcción de una máquina debe recibir cargas continuas o alternativas, en el sentido axial y éstas cargas tratan de estirar la viga, es decir se separan del centro hacia los extremos causando deformación, se dice que la viga está sometida a un esfuerzo de tracción simple.

Figura No. 1-3: Esfuerzo de tracción 1.3.2.2 COMPRESIÓN El efecto contrario de la tracción es la compresión, donde las fuerzas ejercidas en la viga tienden a desplazarse de los extremos hacia el centro en el sentido axial de esta, generando un esfuerzo que se denomina compresión simple.

Figura No. 1-4 Esfuerzo de Compresión

1.3.2.3 CORTADURA El elemento está solicitado a cortadura cuando la resultante de las fuerzas aplicadas está situada en el plano de una sección del sólido perpendicular a su centro. La fuerza de acción y reacción perpendiculares a la viga son paralelas pero no están en la misma línea de acción, generando así un esfuerzo cortante o de cizalladura.

Figura No. 1-5: Esfuerzo de cizalladura 1.3.2.4 FLEXIÓN Este esfuerzo tiene lugar cuando las fuerzas tienden a curvar o variar la curvatura del sólido, como en el ejemplo de la viga, donde la fuerza es perpendicular al sentido axial de la viga, esto causa un esfuerzo simple llamado flexión

Figura No. 1-6: Esfuerzo de flexión

1.3.2.5 TORSIÓN Deformación que experimenta un cuerpo por acción de dos pares de fuerzas opuestas y situadas en planos paralelos, que tienden a hacer girar el elemento sobre su propio eje.

Figura No. 1-7 : Esfuerzo de torsión 1.3.3 MATERIALES UTILIZADOS Los equipos se fabrican preferentemente de acero, fundición de hierro, bronce o plástico, entre las que se destacan las resinas fenólicas, el nylon y el teflón. Una buena selección de materiales, colabora eficientemente en conseguir las características deseadas, ya sea que se trate de alta resistencia mecánica, gran resistencia al desgaste, operación silenciosa, alta velocidad o cualquier otra característica especial.

Los materiales se clasifican en: 1.

2.

3.

4.

Metálicos Plásticos Cerámicos y vitrificados y Vegetales

Los metálicos provienen de metales y sus aleaciones. En esencia para la elaboración de piezas o elementos no se emplean metales puros. Los considerados como simples metales, hierro, cobre, aluminio contienen pequeñas cantidades, menos del 0,1%. De otros elementos químicos que le confieren apropiadas propiedades químicas o y físicas Los metales más empleados en equipos son en su orden el hierro y sus aleaciones, cobre y sus aleaciones y aluminio y sus aleaciones.

Día tras día parecen en el mercado, nuevos plásticos con excelentes propiedades físicas y buenas propiedades mecánicas 1.3.3.1 HIERROS Y ACEROS

El hierro (Fe) no es comercialmente un metal de alta pureza, sino que contiene otros elementos químicos que tienen un gran efecto sobre sus propiedades físicas y mecánicas. La magnitud y distribución de estos elementos dependen del método de fabricación. A continuación se anota las formas comerciales más importantes del hierro.

Arrabio o lingote de primera fusión es el producto de los altos hornos que resulta de la reducción del mineral de hierro.

Fundición es una aleación de hierro que contiene tanto carbono que, después de moldeada, no es apreciablemente maleable a ninguna temperatura.

Fundición de hierro, es un material muy usado, ya que presenta ventajas como bajo costo, buena maquinabilidad, gran resistencia al desgaste y buena capacidad de absorber ruidos. Presenta la desventaja de ser frágil y especialmente débil al esfuerzo normal de tensión.

Fundición blanca contiene carbono en forma combinada. La presencia de la cementita o carburo de hierro (Fe3C) hace que este metal sea duro y frágil, y la ausencia de grafito da a su fractura un color blanco.

Fundición maleable es una aleación en la que todo el carbono combinado de una fundición blanca especial se ha transformado en carbono libre o de temple por un tratamiento térmico adecuado.

Fundición gris es una fundición de hierro que al ser vaciada no tiene carbono combinado (en la forma de cementita, Fe3C). El término fundición gris se deriva de la fractura gris característica de este metal.

Hierro modular (dúctil) se produce por la adición de aleaciones de magnesio o cerio al hierro fundido. Estas adiciones hacen que el grafito forme pequeños módulos, dando como resultado un hierro dúctil con mayor resistencia mecánica.

Hierro en lingotes o hierro Siemens es el que se obtiene en esta clase de horno, con muy bajo contenido de carbono, manganeso y otras impurezas.

Hierro dulce o forjado es un material ferroso formado por la adición de una masa en solidificación de partículas pastosas de hierro metálico altamente refinado con las cuales se incorpora, sin fusión subsecuente, una cantidad pequeñísima y uniformemente distribuida de escoria.

Acero es una aleación maleable de hierro y carbono, que contiene generalmente ciertas cantidades de manganeso.

Acero al carbón es el acero que debe principalmente sus propiedades distintivas al carbono que contiene.

Acero aleado o especial es un acero que debe principalmente sus propiedades distintivas a algún elemento o elementos distintos del carbono, o juntamente a tales elementos y al carbono. Algunos de los aceros aleados contiene necesariamente un porcentaje importante de carbono, aun hasta 1.25%. No se ha

llegado a un acuerdo respecto a dónde sé ha de trazar la línea divisoria entre los aceros aleados y los aceros al carbono.

Acero básico al oxígeno, acero de hogar abierto y acero de horno eléctrico, son aceros que se obtienen por medio de los procesos de horno básico de oxigeno, de hogar abierto y eléctrico, sin importar el contenido de carbono.

Acero Inoxidable, aceros resistentes a la corrosión y al calor, ciertas aleaciones de hierro y cromo poseen alta resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas y mantienen una resistencia considerable a esas temperaturas. Estas aleaciones, a veces, contienen níquel y pequeños porcentajes de silicio, molibdeno, tungsteno, cobre y otros elementos. Este vasto y complejo grupo de aleaciones se conoce como aceros inoxidables y normalmente se clasifican en tres grupos: Aceros austeníticos, Que contienen níquel y cromo Aceros martensíticos, Contienen hasta 18% de cromo Aceros ferríticos, Contienen bajo carbón y hasta 27% de cromo El acero inoxidable es el metal ideal en la construcción de equipos para la industria de alimentos. Es fácil de limpiar y resistente a la acción de los alimentos y materiales de limpieza. No es recomendable para tanques de preparación de salmueras, pues el cloruro de sodio los daña 1.3.3.2 COBRE Y SUS ALEACIONES La mayoría del cobre se produce por refinación electrolítica a partir de ánodos de cobre negro ampollado. El cobre puede trabajarse en caliente a temperaturas de 1400 a 1600 grados Fahrenheit y posee excelente ductilidad para el trabajo en frío.

Las aleaciones de cobre son útiles debido a sus buenas propiedades de conductividad térmica o eléctrica, trabajo en caliente o en frío, factibilidad de maquinado o resistencia a la corrosión. La aleación de cobre más barata es el latón con alto contenido de zinc; en general es el que se utiliza, salvo cuando se requiere alta resistencia a la corrosión.

El término genérico que designa una extensa serie de aleaciones que tienen como base el cobre y el estaño se denominan bronce, suele contener cantidades variables de otros elementos como fósforo, plomo y zinc, que se añaden a la aleación bimetálica base para mejorar sus propiedades metálicas.

1.3.3.3 ALUMINIO Y SUS ALEACIONES El aluminio debe la mayoría de sus aplicaciones a su ligereza y a la resistencia relativamente elevada de sus aleaciones, aunque otros usos dependen de su

resistencia a la corrosión, que es relativamente buena, de sus buenas propiedades para ser trabajado o de sus propiedades eléctricas o térmicas de conductibilidad y reflectibilidad.

El aluminio comercial es un metal blando y dúctil y se usa para muchas aplicaciones en las que no se desea una resistencia muy alta. Se consigue en formas producidas por extrusión o por laminado y puede endurecerse o templarse por trabajo en frío pero no por tratamiento térmico. Las aleaciones de aluminio poseen mejores características para ser fundidas y maquinadas y mejores propiedades mecánicas y por tanto, se emplean en mayor extensión que el metal puro. Entre las que se destacan están: aluminio - cobre, aluminio - silicio, aluminio - magnesio.

Se puede aumentar la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio recubriendo el material con una capa de aluminio de alta pureza, o en algunos casos de otra aleación, recubrimiento que se lamina como parte integral de la lámina. Se puede mejorar también la resistencia a la corrosión de cualquiera de las aleaciones, dándoles un tratamiento de anodización, el cual comprende el que las piezas tratadas sean el ánodo de un baño electrolítico ( de ácido crómico, sulfúrico u oxálico). Esto produce un recubrimiento adherente tenaz de óxido de aluminio.

1.3.3.4 OTROS METALES Y ALEACIONES PLOMO El plomo es un material rara vez utilizado en la industria de alimentos por su nivel de toxicidad, sin embargo algunas veces se utiliza en forma de revestimiento o en piezas pequeñas de plomo endurecido, su aplicación se debe a su buena resistencia a la mayor parte de los ácidos. Su uso más frecuente está en la industria química.

NÍQUEL Es utilizado en ciertos casos especiales, cuando hay que prever una resistencia suficiente a los ácidos diluidos, se encuentra en el mercado con la denominación de metal Monel (aleación 75% de Níquel y 25% de Cobre), para la construcción de cubas y otros recipientes en la industria de jugos de frutas; tiene la ventaja sobre el acero inoxidable que resiste mejor a la acción de los cloruros, pero no resiste a la acción del ácido nítrico. Tiene características análogas a las del cobre, siendo más resistente a la corrosión.

ESTAÑO Los revestimientos de estaño sobre cobre o hierro se utilizan mucho en la industria alimentaría, especialmente en la industria de la leche. Sin embargo, es desplazado en forma progresiva por el aluminio y por el acero inoxidable, ya que éste último, por ejemplo, permite el empleo de detergentes más concentrados para la limpieza.

Resiste muy bien a los ácidos orgánicos y a los álcalis diluidos, lo mismo que al ácido láctico, aunque sea concentrado. En presentación de hojalata, el estaño se emplea normalmente en la industria de las conservas.

METAL MONEL Se emplea en la construcción de tanques para salmuera y en la fabricación de otros equipos de la industria de alimentos. Es una aleación de níquel y cobre, con excelentes propiedades mecánicas y con resistencia notable a los agentes corrosivos, tales como los ácidos y las sustancias alcalinas. Se debe tener en cuenta que algunas materias primas reaccionan con pequeñas cantidades de cobre y sufren oscurecimiento.

1.3.3.5 MATERIALES NO METÁLICOS CERÁMICOS Se emplean el vidrio, la porcelana y el gres, éstos tienen buena resistencia a todos los ácidos, excepto al ácido fluorhídrico y una resistencia satisfactoria a los álcalis.

Son materiales muy duros, no trabajan a flexión, su resistencia a los choques térmicos y mecánicos es variable. Actualmente se emplea el vidrio Pyrex en las conducciones de las industrias alimentarías, especialmente las de la leche y las de jugo de frutas. Tienen gran inercia química y se pueden emplear toda clase de elementos enérgicos para la limpieza, en cuanto a la transparencia permite comprobar la suciedad y su localización. Esta ventaja es más bien de orden psicológico, ya que las impurezas se depositan preferentemente en las uniones.

También se emplean en la construcción de cubas o recipientes para la conservación de productos ácidos los ladrillos antiácidos, colocados con cementos igualmente resistentes sobre la capa de cimentación y en las paredes.

Así mismo se construyen en hormigón o en obras civiles revestidos con materias plásticas para el almacenamiento de éstos productos ácidos. La arena, el vidrio calcinado y las piedras porosas de sílice se emplean como agentes filtrantes.

Otro material no metálico es el esmaltado, consiste en revestir el acero o fundición con una capa de silicatos. Tienen una resistencia a los ácidos y álcalis inferior a la del vidrio o porcelana. El acero esmaltado es sensible a los choques térmicos y mecánicos y prácticamente se deteriora con rapidez. Se emplea para la construcción de cubas y tanques de almacenamiento; su inercia química y su pulimentado permiten una magnífica limpieza. Por el contrario, su fragilidad y su imposibilidad de reparación de las partes desconchadas son graves inconvenientes. Cuando se opera en condiciones extremas (ácidos concentrados en caliente), se emplea preferentemente la fundición esmaltada. Estos recipientes se usan para la conservación de vinos espumosos o especiales y jugos de frutas entre otros.

GRAFITO Su uso en la industria de alimentos se debe a que éstos materiales resisten a los agentes químicos a cualquier concentración, salvo a los ácidos minerales oxidantes concentrados en caliente, por eso el grafito se emplea para el manejo del ácido clorhídrico concentrado y caliente.

MATERIAS PLÁSTICAS EBONITA Y CAUCHO Se emplean para revestir las superficies de hierro, sobre el que tiene una buena adherencia, no resisten bien la acción de los disolventes en general. La ebonita resiste bien la acción del ácido clorhídrico y los ácidos diluidos. Se emplea para fabricar piezas del equipo que tienen que resistir a éstos productos. El caucho se emplea cuando se quiere luchar contra la abrasión, también es utilizado en la fabricación de correas para conductores y mangueras para la limpieza. En algunas industrias se utiliza la manguera de goma, para sustituir las tuberías metálicas, esto es permisible siempre que los tramos de manguera sean cortos y desmontables para su fácil inspección y limpieza. El caucho sintético tipo Neopreno y Perbunan, tiene características superiores en cuanto a la resistencia a la acción de los disolventes y a las materias grasas; tiene poca adherencia sobre el acero.

La baquelita o resina fenol - formol es muy utilizada para revestir superficies metálicas. Son resinas termoendurecidas, que resisten muy bien a la acción de los ácidos diluidos. Su comportamiento es estable al trabajar con los aceites y con la mayor parte de los disolventes. Ciertos tipos sirven para la esterilización por agua hirviendo o por vapor, pero no convienen para la “limpieza química”, ya que no son resistentes al ácido nítrico y a la soda cáustica. Las baquelitas se emplean mucho para revestimiento de tanques, de filtros, etc., no poseen la inercia química del esmalte, pero tienen la ventaja de ser mucho menos frágiles y de poder repararse.

El cloruro de polivinilo (P.V.C) es utilizado por su buena resistencia a los ácidos y a los álcalis diluidos en frío; resiste mal a la acción de los disolventes y de las grasas. La temperatura a la que empieza a ablandarse es superior a 100 °C y a veces a 120 °C, según la calidad, cuando se trata de productos poco plastificados.

El P.V.C. se emplea en forma de tubo, de piezas moldeadas, de planchas o de revestimientos. Se han puesto objeciones a su empleo en la industria alimentaría a causa de la toxicidad de ciertos plastificantes y estabilizantes.

Las Poliamidas resisten bien a la acción de los ácidos y de los álcalis diluidos, incluso en caliente, pero su resistencia es menor a los álcalis y ácidos concentrados. Trabajan muy bien con aceites y con la mayor parte de los disolventes. Se comienzan a ablandar de 150 a 200 °C.

El polietileno se emplea normalmente en tuberías y en envases. Resiste sólo moderadamente a la acción de los disolventes, pero se le considera totalmente impermeable al agua o inatacable por los ácidos y álcalis, incluso concentrados, se debe tener en cuenta que los revestimientos de polietileno no son adherentes sobre metales.

El acetato de celulosa se le emplea casi exclusivamente para envases, resiste mal a la acción del agua y los disolventes.

Las siliconas se emplean en forma de caucho cuando se trata de resistir a las condiciones extremas. Son productos elásticos y tienen propiedades similares al caucho natural, pero resisten bien a temperaturas de 300 °C, a los ácidos y a los álcalis diluidos; de forma aceptable a la acción de los ácidos concentrados, a los disolventes no aromáticos y a las grasas glicéricas.

El poli - tetrafluoretileno (Teflón), se caracteriza por una gran resistencia a los ácidos y a los álcalis a todas las concentraciones y a temperaturas que pueden alcanzar 200 °C e incluso superiores. Resiste perfectamente a los disolventes aún en caliente. Se emplea mucho para juntas o uniones de los elementos de reducidas dimensiones en los equipos. No es conveniente para los revestimientos, obteniéndose mejores resultados con el poli - triflúorcloroetileno, cuyas características químicas y térmicas son similares, aunque algo inferiores a las del teflón. El teflón es auto lubricante cuando está en contacto con piezas metálicas animadas de pequeñas velocidades de ahí que sea utilizado en muchos elementos anti fricción.

FIBRAS TEXTILES NATURALES El algodón es utilizado solo como material filtrante, resiste bien a los álcalis muy diluidos y lo atacan los ácidos minerales, incluso diluidos, así como algunos ácidos orgánicos. Las telas de algodón utilizadas como filtro se deterioran rápidamente si no se lavan después de su empleo, se pueden producir concentraciones o cristales que atacan al tejido de una forma química o mecánica. Se emplean ampliamente, aunque tienen el inconveniente de que se saturan rápidamente.

La lana únicamente se usa como agente filtrante. Resiste mejor que el algodón a las soluciones ácidas en frío, no conviene para tratar productos alcalinos, los tejidos filtrantes de lana se saturan menos fácilmente que los de algodón.

El yute se emplea a veces para la fabricación de los tejidos filtrantes, a pesar de sus malas propiedades mecánicas, éste es un producto económico y resiste bien a las soluciones neutras o alcalinas. No resiste a las soluciones ácidas.

El cáñamo y el lino a veces son empleados para la fabricación de telas filtrantes.

Su resistencia química es inferior a la del algodón, pero tiene una mejor resistencia mecánica.

LA MADERA Algunas clases de madera resisten bien a los ácidos y a los álcalis diluidos, a temperaturas medias, por ejemplo se emplea la encina que resiste muy bien a los ácidos para la construcción de recipientes. El haya se usa también, ya que se deforma poco por la acción del agua o por la elevación de la temperatura, es usado para las planchas de madera de la industria de quesos y para los elementos de los filtros - prensas, etc.

El mayor inconveniente de la madera en la industria alimentaría es su porosidad, que hace que la esterilización sea prácticamente imposible, su empleo es cada vez menor, excepto cuando está embebida o revestida de materias plásticas. La madera no es el material adecuado para la construcción de equipos, pues presenta muchos inconvenientes desde el punto de vista sanitario ya que al ser porosa, facilita el desarrollo de los microorganismos y por ende la contaminación de los productos que entren en contacto con ellos.

OTROS MATERIALES El vidrio se utiliza muy poco en la industria de alimentos. Uno de sus usos está en la construcción de las llamadas tuberías sanitarias, que permiten una fácil inspección y limpieza, además industrialmente se fabrican tanques de metal, vidriados o esmaltados interiormente, con excelentes propiedades para los productos alimenticios. No obstante su fragilidad, son muy resistentes a las reacciones de muchos productos.

El amianto se emplea mucho como aislante, debido a su estabilidad a elevadas temperaturas y a su pequeño coeficiente de transmisión térmica. Dada su gran resistencia al ataque de los agentes químicos y a la finura de sus poros, se emplea como agente de filtración en donde se obtiene líquidos prácticamente estériles.

A continuación se presenta una tabla en la que se resumen las características generales de los materiales empleados en la industria de alimentos:

Tabla No 1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MATERIALES COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN DE CALOR

MATERIAL

RESISTENCIA A LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN COMPRESIÓN kg.F / m2

kg.F / m2

Kcal/ m s °C m 2

Acero dulce Acero Templado

0.012 duro 0.012

40

-

60-80

-

Acero inoxidable

0.0045

60

-

Cobre

0.090

40-45

-

Aluminio

0.050

-

-

Plomo

0.0080

2

-

Níquel

0.015

90-100

-

Monel

-

60-70

-

Estaño

0.015

3-3.5

-

Aleación hierro silicio 0.012

-

-

Silicatos

0.0015-0.0035

-

10-40

Esmaltado

0.0030

-

-

Lana de vidrio

1*10-5

-

-

Grafito

0.035

1-2

6-7

7-10

-

2-10

-

Ebonita y caucho

-5

1.5-4.5*10

Baquelita o Resinas 3 y 5*10-5 Fenol formol Cloruro de Polivinilo

4*10-5

1-6

-

Poliamidas

5*10-5

5-8

-

-5

Polietileno

8*10

1

-

Acetato de celulosa

5*10-5

1.5-5.5

-

Siliconas

4-8

2-4*106

-

1

0.2

Teflón

45*10

-5

-5

Encina

5*10

10-12

-

Haya

3-6*10-5

8-10

-

Amianto

1-5*10-5

-

-

FUENTE; Hernando Oviedo Vera.

1.3.3.6 MATERIALES PARA FABRICAR ELEMENTOS DE TRANSMISION DE POTENCIA. Para la transmisión de potencia en: Ejes, Poleas, Piñones, Cadenas, y otros elementos como rodamientos o cojinetes y bielas, que son una piezas críticas en cualquier maquina, se deben diseñar para máxima seguridad y larga duración.

Deben ser compatibles con el ambiente o la atmósfera en que trabajarán, además deben resistir el desgaste.

Los materiales más comunes para su fabricación son acero, acero inoxidable, monel K-500, combinados con algún tipo de revestimiento como los carburos, cromado y comonoy (específico para atmósferas corrosivas).

Para máquinas pequeñas se emplea acero fundido; para motores ligeros se usan también aceros aleados.

La mayoría de las poleas se fabrican en hierro fundido, que es económico, estable y proporciona larga vida a la canal; generalmente se usan hasta velocidades superficiales de 6500 pies / min. Las poleas de servicio liviano se fabrican en lámina estampada de acero, hierro fundido, plástico y fundidas por inyección; Se utilizan principalmente en servicio agrícola y automotriz. Para aplicaciones especiales pueden ser de acero, aleaciones de aluminio o de hierro dúctil, cuyas velocidades superficiales pueden alcanzar hasta 1000 pies / min.

Bandas o correas de transmisión, las bandas planas se fabrican en poliuretano y también de tela impregnada de caucho o de hule, reforzada con alambres de acero o cuerdas de nylon para resistir la carga de tensión. Una o ambas superficies pueden tener un revestimiento superficial con material de fricción.

Banda en V ( o de sección trapecial): está hecha de tela y refuerzo de cordón, generalmente de algodón, rayón y nylon, y se impregna de caucho (o hule).

Bandas reguladoras o de sincronización: se hacen de tela recubierta de caucho (ahulada) y alambre de acero y tienen dientes que entran en ranuras transversales formadas en la periferia de poleas especiales (dentadas).

1.4 ELEMENTOS DE MAQUINAS 1.4.1 ELEMENTOS ESTRUCTURALES. Láminas. Los metales por lo general para sus diferentes usos en las clases de industrias manufactureras se trabajan inicialmente en forma líquida para realizar aleaciones o otros procesos que permitan mejorar sus características tales como su ductibilidad, resistencia a la corrosión; etc. o simplemente para ser moldeados en otros productos como son láminas, rodillos; etc. Existen dos formas de laminación que son: Laminación en caliente y Laminación en frío. Estos dos procesos son muy similares en ambos casos se usan rodillos que dan la forma al producto; en el proceso en frío existente entre las series de rodillos un rociador automático que aplica sobre el metal un refrigerante con base de aceite que evita que el metal se expanda demasiado por efectos del calor.

Existen diferentes normas que indican las características con las que debe cumplir una determinada lámina de acuerdo a sus componentes; en Colombia estas normas son las Normas Técnicas Colombianas del ICONTEC. Las láminas son materiales de gran ancho y largo, con espesores relativamente pequeños; las dimensiones de ancho y largo vienen dadas en metros o pies en números enteros, por ejemplo 1x2 metros, 4x8 pies; cuando las láminas tienen espesores muy pequeños vienen en rollos de 1 metro ó 4 pies de ancho por largo variable. Los espesores están en milímetros o en pulgadas, incluyendo fracciones o quebrados, ejemplo lámina de 3/8" indica que su espesor es de 3/8 de pulgada equivalente a 0.9525 mm. Para algunos tipos de láminas, entre ellas las galvanizadas, en lugar de especificar su espesor se emplea el Calibre, números enteros que van de 8 a 30; entre más pequeño sea el calibre mayor será el espesor de la lámina. Las láminas se emplean para la fabricación de recipientes de diversas formas y tamaños, igualmente para partes especificas de equipos como, carcazas, camisas, ductos, chimeneas, campanas, y como elementos ergonómicos y arquitectónicos, etc.

Láminas de Acero al Carbono, son fabricadas de hierro con un porcentaje de carbono que varía de 0.18 al 0.35%, 1,5% máximo de manganeso, con trazas de otros metales como silicio, cobre azufre y fósforo. Se fabrican a partir de grandes lingotes de acero, por dos sistemas de laminación, en caliente para láminas de espesores relativamente grandes, de 1/8 de pulgada en adelante, recibiendo el nombre de HOT ROLL, con especificaciones de espesor en pulgadas, y laminado en frío para láminas de espesores iguales o menores de 0.305 mm, COLD ROLL, y se especifican por Calibre; se tienen dos tipos de calibre el MSG y el USG con valores diferentes, así, al referirse a una lámina calibre 20 se indica lámina obtenida en un proceso en frío. Para determinar la equivalencia de calibre a espesor se dispone de tablas, en la que además se consignan sus principales propiedades físicas o mecánicas De acuerdo a las tablas, una lámina calibre 20 MSG tiene un espesor de 0.912 mm, la calibre 20 USG tiene un espesor de 0.952 mm. En el país se emplean generalmente Laminas USG. Láminas en Acero Inoxidable, como su nombre lo indica son fabricadas en aleaciones de hierro con otros metales, entre ellos cromo, níquel, cobalto, molibdeno, que le confieren su carácter de inoxidable; como el acero al carbono, también se procesa en frío o en caliente, posee propiedades mecánicas muy superiores a las de acero común.

Láminas de cobre, también vienen en dimensiones similares a las descritas en las láminas de acero, aunque en cobre se encuentran anchos de 0.50 y 0.80 m y viene en varios tipos de material, cobre rojo con mínimos contenidos de otros metales, prácticamente es cobre puro; amarillo, con diversos porcentajes de estaño; al latón con diversos porcentajes de zinc y se llama bronce al latón.

Perfiles, generalmente se fabrican en acero al carbono y acero inoxidable, existen perfiles en aluminio pero empleados más hacia el sector de muebles y de

construcción; de cobre prácticamente no existen y en caso de necesidad se fabrican a partir de las láminas.

Los elementos estructurales conforman tanto la estructura de la máquina, como el soporte de los elementos de transmisión de potencia. En algunos equipos también se constituyen en recipientes o cámaras tanto de proceso como de operación. Los elementos estructurales más comunes se obtienen a partir de láminas, y de perfiles como platinas, ángulos y canales, también se emplean tubos y varillas especiales.

Se denominan PERFILES a los elementos estructurales de pequeños ancho y espesor pero de longitudes amplias, con geometría seccional definida. Ellos son las Platinas, Ángulos, Canales en U, tes., Doble T ó Ies ó Haches, y generalmente se fabrican en aceros, en aluminio y cobre. Como se muestra en la Figura No 3.

1.4.1.1 PLATINAS. Son láminas de anchos pequeños, hasta de 6 pulg. y espesores de 1/8 hasta 1 ½ pulg., pero con longitudes de 6 a 12 metros; platinas de anchos mayores se obtienen cortando láminas. En el comercio se encuentran en los metales ya mencionados aunque los espesores mayores son escasos para aluminio y cobre.

1.4.1.2 ANGULOS. Como su nombre lo indica son elementos cuya área seccional corresponde a la de un ángulo con un espesor dado, prácticamente son platinas que se doblan longitudinalmente formando un ángulo recto. Viene con los lados de igual dimensión ( ejemplo. 2 pulg. x 2 pulg.) o de diferente dimensión aunque en este último caso, los lados no presentan diferencia acentuada en su ancho (ejemplo. 2 pulg. x 2 ½ pulg.), y con espesor variable, como las platinas. Sus longitudes son de 6 a 12 metros, siendo limitados a 6 metros para espesores mayores.

1.4.1.3 CANALES EN U. Se obtienen a partir de láminas a las cuales se le doblan, longitudinalmente, las partes exteriores formando ángulo recto. Se caracterizan por tener iguales sus lados y vienen en dimensiones tanto de longitud como de espesor en forma similar a los ángulos.

1.4.1.4 PERFILES EN T, I, H Y OTROS Los perfiles en T, llevan en uno de sus bordes una platina, de igual espesor formando como su nombre lo indica, una Tee. Perfiles en “Ï” estos poseen una platina, en cuyos bordes, formando ángulo recto se encuentra otra platina de ancho variable, relativamente pequeña, pero de igual espesor a la principal, también se conocen como Vigas en doble tee. perfiles o Vigas en H, de forma igual a las Vigas en I, tienen su sección transversal de igual medida, pero el espesor de la lamina o cuerpo central es más pequeño que el de las láminas o cuerpos transversales. Perfiles diversos, para usos muy

específicos se tienen perfiles de sección especial de acuerdo a sus aplicaciones estructurales.

1.4.2 ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA. Partiendo de equipos de potencia, como motores, generadores o turbinas, la fuerza o el movimiento requerido para ciertas operaciones se transmiten a través de elementos como piñones, ejes, cadenas o correas, poleas, acoples, etc., que a su vez disponen de otros elementos de soportación y fijación como bujes, rodamientos, chumaceras, cuñas, pasadores, pernos, etc. Los elementos de transmisión de potencia generalmente tienen como base geométrica de fabricación, el círculo o el cilindro, pues la mayoría de las veces la transmisión se hace por movimientos circulares o rotatorios, aunque también se tienen movimientos longitudinales o axiales. Entre los más comunes se tienen los ejes, árboles, poleas, piñones, bandas, cadenas, correas, acoples, volantes 1.4.2.1 EJES. Son elementos metálicos macizos o huecos de gran longitud con sección rectangular, hexagonal o circular, y anchos o diámetros relativamente pequeños y sobre los cuales se colocan otros elementos como poleas, piñones, rodamientos, bujes, etc. Sirve para sostener o guiar un elemento giratorio de una maquina, (véase la Figura No 4) 1.4.2.2 POLEAS. Son discos metálicos, generalmente de acero o aluminio, de espesor relativamente pequeño con un orificio central por el cual se une a un eje, quedando libre sobre este y así se llama polea loca, o ajustada y gira conjuntamente con el eje, en combinación con un cable, cadena o correa, para transmitir movimiento o elevar cuerpos. Para dar mayor superficie de agarre al eje, la polea dispone de una sección de gran espesor y pequeño diámetro conocida como manzana. Para las poleas que giran con el eje, se acostumbra a colocar cuñas, también conocidas como chavetas o pequeños paralelepípedos metálicos, insertados axialmente entre la polea y el eje; el orifico en donde se coloca la cuña, se denomina caja de la cuña o cuñero. Las poleas se emplean para transmitir movimientos circulares de baja potencia. Algunas poleas se fabrican con dos o más canales y para usos especiales se fabrican conjuntos de varias poleas de diferente diámetro colocadas sobre el mismo eje.

Generalmente se usan hasta velocidades superficiales de 6500 pies / min.

Las poleas se fabrican bien sea con ranuras regulares o profundas. Las poleas en lámina estampada de acero, tienen su parte central integrada a la lamina, aunque se consiguen con su parte central o cubo removibles para ajustarse a diferentes diámetros de ejes.

Existe una gran variedad de tamaños y anchos de poleas para correas acanaladas y dentadas; las poleas que se utilizan deben tener el mismo paso entre canales o dientes que el de las correas que llevaran.

Las poleas locas pueden ser con ranura o planas y no se utilizan para transmitir potencia, generalmente se utilizan como tensores de las correas cuando no es posible desplazar uno de los ejes para ejercer la tensión necesaria en las correas.

También las poleas locas se utilizan para desviar las correas cuando hay un obstáculo en el camino normal de éstas, ver la Figura No 3.

1.4.2.3 CORREAS. Las poleas transmiten el movimiento rotatorio a otras poleas o ejes, mediante las correas o bandas, que son tiras sinfín de diversos materiales, como cuero, caucho, plástico, metal, etc.

Para lograr un mejor agarre entre la polea y la correa, la superficie de giro de la polea, se acanala, formando la mayoría de las veces una V, igual sección debe tener la correa que se denomina en V.

PERFIL EN L

PERFIL EN T

PERFIL EN I

PERFIL EN H

FIGURA 1-8 PERFILLES 1.4.2.4 PIÑONES Y ENGRANAJES. Son discos metálicos, también de espesor relativamente pequeño y dentados en su perímetro; la forma de los dientes así como su posición relativa respecto al eje del piñón da lugar a los diversos tipos y configuraciones. Se acoplan o sujetan a los ejes en forma similar a como lo hacen las poleas y se tienen arreglos y disposiciones similares. Los piñones pueden disponer de dos o más filas de dientes.

También se entiende por piñón como la rueda más pequeña de un par de engranes o el más pequeño de un par de engranajes. La determinación de los engranes apropiados para una aplicación particular es un problema complejo, pues deben operar sin interferencia entre sus dientes, con una longitud de contacto adecuada y sin producir demasiado ruido.

Los dientes de los engranes deberán soportar las cargas debidas a los impactos y choques ocasionados por las imperfecciones de los dientes. A estas cargas en conjunto se les conocen como cargas dinámicas. Los engranes deben presentar las características deseables de resistencia al desgaste, las cuales deben ser tomadas en cuenta durante su diseño y a esta se le conoce como diseño bajo

carga de desgaste. En la actualidad el método más usado para diseñar engranes, es el propuesto por el AGMA (American Gears Manufacturers Association).

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Engranaje cilíndrico de dientes rectos.

Esquema de diente rectos.

Tornillo sin fin y rueda.

Engranajes de dientes rectos con sus ejes.

Engranajes Helicoidales Engranajes cónicos

Figura No 1-9 Engranajes 1.4.2.5 CADENAS. Los piñones pueden transmitir movimiento y potencia entre sí mediante cadenas, que es un conjunto de eslabones unidos entre sí por medio de pasadores o remaches. Se sabe por la mecánica que las transmisiones por cadena pueden ser de potencia, transporte o para elevación.

Todas las cadenas que se usan en las transmisiones que se acaban de señalar deben ser calibradas o sea que todos los eslabones deben tener las mismas dimensiones. En una transmisión de cadena prácticamente no están restringidas las distancias entre los centros de los árboles, se instalan con facilidad, no se resbalan o escurren lo que da como resultado una eficiencia global alta, la carga está distribuida simultáneamente sobre cierto número de dientes de las ruedas y funciona en condiciones adversas del medio ambiente. En la figura 5 se observa una aplicación de las cadenas.

TIPOS DE CADENA Cadenas de elevación: se construyen con eslabones redondos y eslabones con travesaño y tienen una velocidad de trabajo pequeña.

Cadenas de transmisión: tienen muy desarrolladas las superficies de contacto con los dientes de la rueda y la de los pasadores con las bridas, con la finalidad de asegurar la inalterabilidad del paso y un desgaste mínimo; pueden ser de tres tipos: articuladas de casquillo, de rodillos y dentadas. La Cadena articulada de casquillos maneja velocidades ligeramente mayores de 450 pies / min. ; las de rodillo pueden operar hasta velocidades de 10.000 rpm transmitiendo de 1.000 a 2.000 HP. Cadenas de transporte: pueden ser de eslabones desmontables o cerrados y se fabrican de fundición maleable, se emplean principalmente en maquinaria agrícola a velocidades de aprox. 350 pies / min. Para transmitir potencias hasta de 25 HP.

Figura No 1-10 Cadena eslabonada Cadenas de placas escalonadas: se usan extensamente en maquinaria para la construcción. Operan a velocidades hasta de 1000 pies / min. y transmiten potencias hasta de 250 HP. Cadenas silenciosas invertidas: son cadenas de alta velocidad empleadas principalmente en máquinas generadoras de energía, o tomas de potencia; tales como grúas, palas mecánicas, máquinas, herramientas y bombas. Este tipo de transmisiones puede operar hasta 1.200 HP. 1.4.3 OTROS ELEMENTOS 1.4.3.1 RODAMIENTOS

Los rodamientos son elementos de máquinas que se emplean para disminuir las pérdidas de potencia debidas a la fricción o rozamiento. Están formados por cilindros concéntricos entre los que se intercala una corona de bolas o rodillos que pueden girar libremente.

CARACTERÍSTICAS Los rodamientos de bolas y rodillos en su forma simple están constituidos por dos anillos denominados pistas o caminos de rodadura, la interior solidaria al eje y la exterior fijada al soporte o alojamiento, separando estos anillos y rodando a lo largo de ellos, se mueven los cuerpos rodantes y entre ellos va colocado un elemento que evita que estos cuerpos se rocen entre sí. Este elemento separador se conoce como jaula o canastilla separadora.

CLASIFICACIÓN

Figura 1-11 Corte en rodamientos Los cuerpos rodantes son esferas o rodillos, de ahí que los rodamientos se clasifiquen en dos grupos principales: Rodamientos de bolas (esferas) Rodamientos de rodillos Según la forma de los rodillos pueden ser: • • •

Rodillos cilíndricos Rodillos de barriletes Rodillos icónicos

•

Rodillos de agujas

Según la dirección de la carga principal a soportar se clasifican en: • • • •

Rodamientos radiales Rodamientos axiales Rodamientos mixtos o de carga combinada Según el grado de rigidez se distinguen:

•

Rodamientos autoalineables o de rótula

•

Rodamientos rígidos

Tipo de rodamientos antifricción • • • • • • • •

Cojinetes de bolas autoalineador Cojinetes de una hilera de bolas con garganta profunda Cojinetes de bolas con contacto angular Cojinetes de dos hileras de bolas con gargantas profundas Cojinetes de rodillos esféricos Cojinetes de rodillos cilíndricos Cojinetes axiales de bola Cojinetes axiales de rodillos esféricos

.

1.4.3.2 BIELAS La biela se define como cualquier pieza recta que transmite movimiento o potencia de una articulación a otra dentro de un mecanismo, en especial de movimiento lineal a circular, como por ejemplo en un motor o compresor alternativo.

Una biela consta de: una cabeza de articulación al émbolo, (si es cerrada se llama “ojo”) o a la cruceta (cabeza de horquilla), a veces de movimiento rectilíneo; un vástago de la biela y una cabeza de impulsión de manubrio (de movimiento circular). Estas son una pieza crítica en cualquier motor, se deben diseñar para máxima seguridad y larga duración. La biela debe ser compatible con la atmósfera de gas en que trabajará, además debe resistir el desgaste.

Algunas de sus aplicaciones más comunes son: Máquinas motrices de émbolo, en las bombas y compresores de émbolo, en máquinas llenadoras y envasadoras.

Figura 1-12 Biela

CAPITULO DOS

EQUIPOS DE TRANSPORTE

CAPÍTULO 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS •

Identificar los componentes del transporte de materiales en la industria de alimentos.

•

Distinguir los diferentes sistemas de transporte y manejo de materiales.

•

Adquirir criterios para la selección adecuada de un sistema de transporte.

2. EQUIPOS DE TRANSPORTE 2.1.- SISTEMAS DE TRANSPORTE Los Sistemas de Transporte de Sólidos, que tienen como fin llevar materiales de un sitio a otro bien sea al mismo o diferente nivel, se clasifican en: • Mecánicos y • Lechos Fluidizados Los primeros implican partes mecánicas en movimiento que soportan o arrastran el material y en estos equipos las partes móviles están en contacto con el sólido a transportar.

En el segundo un fluido, líquido o gas, forma con el sólido, un lecho fluidizado, el material está suspendido y se moviliza a través de ductos, siendo separados en la estación final del transporte. También recibe el nombre de transporte neumático.

Los sistemas mecánicos se tienen para: • Transporte a distancia horizontal • Elevación.

• Mixtos, que efectúan transporte horizontal y vertical, secuencialmente.

En los de transporte a distancia horizontal, se considera un movimiento horizontal o con muy pequeña pendiente, salvo en el de transporte con vehículos, en el cual para algunos casos se tiene elevación del sólido.

En el Transporte a distancia horizontal se pueden considerar Vehículos para transporte de lotes Transportadores continuos • • • • • • • •

Banda transportadora De cadena De malla De rodillo vivo Transportadores Sinfín Transportadores de arrastre Redlers De paleta

Para elevación se tiene: Elevadores • de cangilones • de paleta • Vagonetas o Skips • De riel

• De cable • Bazuka

TRANSPORTADORES CONTINUOS. Son sistemas de transporte que permiten llevar continuamente los sólidos a granel o empacados en distancias y alturas variables, con puntos de alimentación y descarga también variables mediante arreglos adecuados a los equipos.

Algunos equipos transportan pequeñas porciones del materiales, como es el caso de los redlers y los elevadores de bolsillo o de canjilones, pero lo hacen en forma ininterrumpida de tal manera que se deben considerar como transportadores continuos.

A continuación se describen los equipos más empleados en la industria de alimentos 2.2 TRANSPORTADORES HORIZONTALES 2.2.1.- BANDAS TRANSPORTADORAS.- (FIGURA 2-1). Estas tiene como sistema operacional una banda continua que se desliza sobre un elemento apropiado.

Los sólidos colocados sobre la superficie de la banda se transportan por el rozamiento que existe entre ellos y la banda.

Transportador de banda FIGURA 2-1 Se emplean para transporte horizontal o ligeramente inclinado,, ya que los sólidos tienen un ángulo máximo de agarre, a una superficie y es relativamente pequeño, es llamado ángulo de sobrecarga dinámica; el ángulo depende del coeficiente de rozamiento que se tenga con la superficie que lo soporta. Se considera como

máximo ángulo de inclinación para bandas normales, 300 . Arreglos especiales permiten aumentar ligeramente este ángulo, pero sin cambios de dirección.

La capacidad de transporte, de materiales granulares, de una banda depende en gran medida del llamado ángulo de reposo del material que es el que forma un montículo de material cuando se aglomera en caída libre, respecto a la horizontal.

El conjunto de banda transportadora consta de: -Banda.- Es el sistema operacional y es el elemento base del transporte; consiste de una larga tira de material apropiado que se une en sus extremos sea por ganchos o por pegamento, para permitir su continuidad al deslizarse y girar sobre sistemas de soportación y motriz.

Para incrementar la resistencia de la banda se emplean varias capas o lonas, de diversos materiales. El material a transportar va encima de la banda y se mueve en un solo sentido, aunque existen reversibles, en áreas de transporte para almacenamiento Son de ancho variable, hasta de 48" ó 1,22 metros.

Soportación de la Banda.- La banda continua se mueve sobre los elementos de soportación Para tramos cortos se pueden emplear platinas o láminas de un ancho ligeramente superior al de la banda y recibe el nombre de mesa, generalmente están fabricadas en metales muy pulidos para tener bajos coeficientes de rozamiento; para tramos largos se usan rodillos de giro libre, llamados rodillos portantes, con diámetros pequeños y de largo ligeramente mayor que el de la banda.

Los rodillos poseen rodamientos sencillos con pasadores que permiten su fijación a los perfiles en U; se ubican a distancias que dependen de la carga que soporta la banda y la clase de la misma. Para el retorno de la banda también se usan rodillos que la soportan, llamados de retorno, con un espaciamiento mayor que los rodillos portantes.

Los rodillos de soportación, de largo pequeño, pueden arreglarse en grupos de 2 ó 3 para dar una sección en V a la banda, lo que le permite mayor capacidad de transporte, especialmente con productos de bajo ángulo de reposo.

- Sistema Motriz.- , Es el encargado de darle movimiento a la banda. La banda se mueve por el rozamiento que tiene con un tambor o polea ancha conductora giratoria, de amplio diámetro y que como los rodillos, tiene un ancho ligeramente superior al de la banda. El rodillo conductor está colocado generalmente al terminar la estructura y también se fija sobre ella. Gira a una velocidad baja del orden de 50 a 200 RPM. Para permitir el retorno o vuelta de la banda se emplea un tambor, de retorno, de iguales dimensiones al tambor conductor; y colocado en su extremo opuesto. El tambor conductor está acoplado bien a un piñón o rueda dentada o a una polea delgada, .

Para evitar que la banda se corra lateralmente o se salga de los tambores, la superficie de éstos tienen una configuración en V invertida con un ángulo de apertura supremamente pequeño.

-Sistema de Potencia. El sistema de potencia esta conformado por una polea o piñón acoplado al tambor conductor o motriz; la polea o piñón, recibe el movimiento por medio de una cadena o una correa, de otro piñón o polea acoplado a un reductor o motorreductor. Se requiere este sistema de reducción de velocidad porque el motor normalmente gira a 3500 ó 1750 RPM y el tambor conductor lo hace a una más baja velocidad, 50 a 200 RPM. El sistema de potencia dispone de elementos de protección como guarda poleas, guardacadenas, etc.

-Sistema Estructural .- Estructura longitudinal fabricada, en perfiles en ángulo o U, con sus elementos de soportación ya sea sobre el piso, lateral a paredes ó aéreo a techos. Los perfiles de soportación se amarran mediante platinas o ángulos para la configuraración requerida.

-Otros elementos.- Dependiendo de los materiales a transportar, longitud y ancho del transportador se pueden emplear otros elementos como: Ductos o túneles de conducción de sección rectangular por el cual va el transportador, empleados para materiales muy pulverulentos, o productos que no permiten contaminaciones. Estos ductos incrementan notoriamente el costo del equipo.

Barras o accesorios de arrastre, pequeños elementos de sección rectangular o trapezoidal colocados (pegados) transversalmente sobre la banda, empleados para bandas con amplio ángulo de sobrecarga dinámico., o para aumentar su capacidad de carga.

Tambores o rodillos de tensión, con el tiempo las bandas tienen elongaciones, que en tramos largos, son tan altas que causan pérdida de contacto íntimo de la banda con el tambor conductor; para contrarrestar este efecto se colocan rodillos o tambores que se pueden desplazar para producir la tensión requerida para el movimiento. Cuando la banda es de pequeña longitud el tambor de retorno se soporta en una base que se puede desplazar horizontalmente respecto a la estructura de soportación para templar la banda.

Características de las Bandas Transportadoras.- Estos equipos pueden transportar grandes volúmenes por grandes distancias, del orden de 5000 ton/hr, y varios centenares de metros de distancia; son de alto costo inicial, pero sus gastos de operación y mantenimiento lo hacen ventajosos sobre los otros sistemas. No son recomendadas para materiales pulverulentos, pegajosos o húmedos.

En la industria de alimentos se emplean para transportar granos, frutas, algunos tipos de verduras, productos terminados empacados. También se emplean como equipo para la selección y clasificación de materiales.

Siempre la operación de una banda requiere atención por parte del personal que se encuentra cerca a ella, ante los riesgos del contacto con la misma banda o los rodillos. Por ello la mayoría de bandas que van sobre mesas, se complementa con platina o barandas laterales.

Capacidad.- La capacidad de la banda depende del ángulo de reposo del material a transportar, del ángulo dinámico, del ancho y velocidad de la banda. Los fabricantes de transportador de banda dan parámetros para establecer dicha capacidad.

Cálculo de una Banda Transportadora. El cálculo de una banda transportadora, lleva a establecer, la longitud de la misma, el ancho de la banda, la sección plana o en V, la velocidad lineal y las revoluciones de los tambores así como su diámetro; y por último la potencia tanto del sistema motriz como del sistema de potencia.

Textos y catálogos pertinentes dan los procedimientos, así como gráficas y formulas requeridos para los cálculos. La clase de rodillos, su espaciamiento y los sistemas estructurales y de soportación son de competencia de los Ingenieros mecánicos.

2.2.2.- TRANSPORTADORES DE CADENA.- Estos sistemas constan de cadenas de elementos articulados ,de diversas formas, que se deslizan sobre unas platinas o guías que se conocen con el nombre de guías de desgaste.

Dependiendo su uso pueden ser de diversos materiales como acero, aluminio, plástico, fibra, etc., Como las bandas transportadoras, están limitadas a ángulos de inclinación, y por su alto costo se emplean en distancias relativamente cortas.

Figura 2-2 Transportador de cadena

El ancho del eslabón de la cadena es corto y no excede de 8", se emplean especialmente en trasporte y en mesas de acumulación de envases de vidrio o lata en los salones de llenado . Algunos eslabones tienen configuraciones que le permiten formar curva El conjunto posee elementos similares a los de las bandas, exceptuando los rodillos, ya que el de cadena se soporta sobre láminas o platinas. El sistema motriz lo constituyen dos ruedas dentadas colocadas en los terminales y cuyos dientes engranan en los eslabones 2.2.2.1. Cadena Transportadora, (Table Top).Figura 2-2. Es el transportador de cadena más usado en la industria de alimentos, en el área de envase y empaque; como se mencionó consta de un gran número de eslabones, en este caso planos, que se unen mediante pasadores (pines) 2.2.2.2.Transportadores Redler.

Figura 2-3. Ideado por el inglés Redler, este tipo de transportador desplaza el producto en masa deslizándolo en flujo continuo dentro de una caja o conducto. La fuerza se comunica a la masa mediante una cadena interior al conducto provista de travesaños de arrastre de diferentes secciones. La característica de este tipo de transportador es que el desplazamiento de la masa tiene lugar por la propia adherencia interna del producto.

Figura 2-3- Transportador Redler 2.2.3.- TRANSPORTADORES DE MALLA.(Figura 2-4) Para el paso o transporte de muchos productos de tamaño relativamente pequeño, en equipos de proceso continuo, como secadores, freidores, tostadores, enfriadores, congeladores, liofilizadores, etc., donde se busca homogeneidad del proceso, se emplean transportadores de malla, conformadas por hilos metálicos inoxidables en equipo de alta temperatura y plásticos diversos para bajas temperaturas.

La malla forma una banda continua que se mueve sobre platinas de deslizamiento, con sistema motriz conformado por dos tambores, uno de arrastre y el otro conductor colocados en los extremos, y el motor con sus poleas, correas o motorreductores.

Figura 2-4 - Transportador de malla

2.2.4.- TRANSPORTADORES DE RODILLO VIVO.(Figura 2-5) El principio en que se basan los transportadores de rodillos por gravedad es el control del movimiento debido a la gravedad, con la interposición de un sistema de vías antifricción instaladas con una pendiente definida. Los transportadores de rodillos se utilizan para el movimiento de toda clase de artículos empaquetados con superficies lisas y de suficiente rigidez; se utilizan en los departamentos de fabricación y embarque en las plantas industriales de alimentos.

Los rodillos varían en diámetro desde 1 pulg. Con una capacidad de 2.3 Kg por rodillo. La separación entre los rodillos en los bastidores varía según el tamaño y el peso de los objetos que se van a mover, deben estar 3 rodillos en contacto con el paquete para evitar que se atasque. La pendiente de caída requerida para mover los objetos varía entre 1.5 y 7% según el peso y las características del material que esté en contacto con los rodillos.

En la figura No. 35, se ilustra un transportador de rodillos utilizado para el manejo de atados de ripios, cajas de frutas, atados de cartones de fibra y cajas grandes, ligeras. Las ruedas tienen cojinetes de bolas y están atornillados a rieles de barra plana o de ángulos de hierro.

Cuando una instalación incluye una vía principal con varios ramales o recorridos secundarios, un simple desviador de dos brazos situado en cada punto de empalme

detiene el artículo que va a entrar a un ramal, hasta que se ha movido el que está en el otro. Los transportadores de rodillos motorizados permiten el manejo en pendientes ascendentes.

Los transportadores de plataforma son de ramales sencillos o dobles, con placas de acero o de madera dura, que forman una plataforma continua en la cual se colocan las cargas. Están destinados para manejar tambores o barriles pesado y cargas diversas.

Figura 2.5. - Ttransportador de rodillos

2.2.5. TRANSPORTADORES SINFIN O DE TORNILLO SINFIN.(Figura 2-6) Consta de un ducto de sección en U, en donde se coloca longitudinalmente un tornillo sinfín de eje central con diámetro pequeño sobre el cual se fija un elemento helicoidal o pestaña de diámetro relativamente grande. La configuración del helicoide hace que al girar el tornillo un cuerpo sólido colocado entre el avance por arrastre.

El conjunto de sinfín consta de: - Helicoide o elemento de arrastre de diversa configuración dependiendo de si su función es solo de transporte o genera otro servicio, como mezcla, calentamiento o enfriamiento. El helicoide tiene como parámetros de diseño, el diámetro del helicoide, D, que es el diámetro del sinfín, llegándose a tamaños hasta de el paso ,p, o distancia entre crestas del helicoide; para los normales el paso es igual al diámetro. Se tiene paso inferior al diámetro para y paso superior al diámetro. La hélice continua se emplea para transporte exclusivamente; se tiene -Eje.- Elemento cilíndrico de diámetro pequeño, 1/2 a 4", que puede ser macizo o tubular, sobre el cual se fija el helicoide y provee de movimiento circular al sinfín; viene soportado por bujes o chumaceras colocado en las tapas laterales del transportador. para amplias longitudes, se provee de soportes intermedios , que también tienen bujes o rodamientos, estos soportes se fijan a la tapa superior. En el sitio del soporte el helicoide se discontinua. Igualmente se emplean tramos de ejes que se acoplan con segmentos de tubo de mayor

Figura 2-6 Transportador sinfín

diámetro fijados con tornillos prisioneros. Uno de los extremos del eje va acoplado al elemento transmisor de potencia que puede ser un piñón dentado ó una polea.

- Cuerpo.- El cuerpo está constituido por una canal en forma de U, de un largo ligeramente superior al del helicoide. Los extremos de la U pueden tener pestañas o dobleces sobre los cuales se soporta la tapa superior.

Dependiendo del número de descargas, el cuerpo dispone en el fondo de igual número de orificios rectangulares, sobre los cuales se colocan las bocas de descarga - Tapas Laterales, que tienen la forma de la sección del tornillo y para los de corta longitud proveen el sistema de anclaje sea al piso o sea las techo mediante perfiles apropiadamente construidos. Sobre las tapas laterales se colocan las chumaceras para soportar los ejes.

-Tapa Superior.- A lo largo del transportador y sobre los bordes de la canal en U, se coloca una platina de lámina, fijada por tornillos o ganchos de agarre. En uno de los extremos tiene un orificio en forma rectangular sobre el cual se coloca la boca de alimentación, cuando el tornillo sinfín, recibe de varios sitios se provee de igual número de bocas de alimentación.

2.3 TRANSPORTADORES VERTICALES 2.3.1 Elevadores de cangilones o de bolsillo. (Figura 2-7) Son transportadores provistos de cangilones montados sobre una cadena o banda cerrada en forma de anillo que se apoyan sobre ruedas o tambores motrices, éstos permiten elevar verticalmente sólidos pulverizados o troceados.

Funcionan en pendientes más pronunciadas que los de mandil, ya que los cangilones impiden que el material se corra hacia atrás. No son necesarios ni costados que se eleven por encima de la parte superior de los cangilones ni placas laterales. La capacidad se debe calcular sobre la base de que los cangilones se llenen a las ¾ partes de su capacidad; el ángulo de inclinación del transportador

determina la condición de carga del cangilón. Sus ventajas son: Baja potencia absorbida, es de simple construcción y tienen un bajo precio, Estos aparatos están destinados a subir verticalmente o con pequeña inclinación los alimentos para asegurar la continuidad de la marcha de éstos productos de una máquina o depósito a otro.

El elevador se compone, (excepto elevadores de silos), de una correa sinfín o cadena mantenida o movida por dos poleas o piñones de igual diámetro, de las cuales una recibe el movimiento de mando de la otra que está destinada a mantener la presión sobre la correa o cinta.

Sobre la cinta sinfín están fijados, por medio de tornillos, los vasos que transportan los productos. Estos vasos ofrecen diferentes capacidades de diseño, generalmente son metálicos y su naturaleza depende del alimento por transportar. El número de vasos varía por metro, según las dimensiones de los mismos.

La altura de polea a polea (ejes) puede variar entre 2 y 30 metros. Las cabezas de los elevadores parte superior se componen siempre del movimiento de mando, que puede ser por polea, por engranajes de ángulos o por reductores de velocidad.

Los transportadores de cangilones tienen trayectoria es de vuelta completa en un plano que los transportadores con cangilones en V, material en el tramo horizontal. La longitud resistencia de las cadenas..

aplicación principal en donde la vertical. Requieren menos potencia ya que conducen y no arrastran el y la altura están limitadas por la

Figura 2-8 - Transportador de Cangilones

La longitud rara vez excede de 152 m y la altura de elevación de 30 m. pueden funcionar con cualquier declive y descargar en cualquier punto del tramo horizontal. el tamaño de los trozos queda limitado por el de los cangilones. el costo de mantenimiento es muy bajo A este elevador se le llama también elevador de supercapacidad . (Figura 2-8) El transportador consta de dos ramales de cadena de rodillos, con rodillos con pestañas, entre los cuales pivotean los cangilones que, por lo general, son de hierro maleable o acero inoxidable para alimentos. El material se alimenta a los cangilones con un alimentador, en cualquier punto a lo largo del tramo horizontal inferior, se eleva y se descarga sobre el tramo horizontal superior. El volteador de cangilones, montado sobre ruedas para poder moverlo a la posición deseada de descarga, acopla con las levas o ruedas excéntricas en los cucharones y los inclina hasta que se vacían. Los cucharones siempre permanecen verticales, excepto durante el vaciado. Los rodillos de las cadenas corren sobre rieles en T en las secciones horizontales, y entre guías en los tramos verticales. Las velocidades son entre 0.15 y 0.30 m/s.

Los elevadores de cangilones continuos. por lo general funcionan a 0.51 m/s, o menos, y son de ramal sencillo o doble. el contenido del cangilón descarga sobre la parte posterior del cangilón precedente. Para capacidad máxima y gran proporción de trozos o terrones, las cucharas se extienden hacia la parte posterior 2.4 TRANSPORTADORES MIXTOS 2.4.1 Transportadores Neumáticos Los transportadores neumáticos transportan material seco, granulado, circulación en suspensión dentro de un tubo o conducto, por medio corriente de aire con alta velocidad o por la energía de expansión comprimido dentro de una columna de densidad comparativa de fluidificado o aireado..

de libre de una de aire material

Figura 2-9 - Transportador neumático Los usos principales son: 1.) Recolección de polvo; 2.) Transporte de materiales suaves como granos, alimentos secos (harina y alimentos para animales), productos químicos (soda, cal); 3.) Transporte de materiales duros. La necesidad de procesar nódulos de plástico, polvos y harinas transportados a granel, en condiciones exentas de contaminación ha aumentado el uso de los transportadores neumáticos. Ver figura No 36 Ventajas: -Posibilidad de transporte en todas las direcciones.

- Gran capacidad de transporte.

- Simplicidad de Construcción.

Desventajas: - Potencia absorbida muy alta.

- Solo transporta productos de poca granulometría.

- Dificultad de transportar productos húmedos

Figura 2-10 Arreglo de transporte neumático

2.5EQUIPOS PARA TRANSPORTE DE FLUIDOS 2.5.1 BOMBAS Los dispositivos utilizados para impulsar y elevar líquidos son fundamentalmente bombas. Las bombas se han proyectado para adaptarlas a los variados usos de la industria química y alimentaría. Entre las bombas normales muchas se han transformado en bombas especiales, construyéndolas con metales resistentes a los ácidos, forrándolas de caucho o de otros materiales protectores como las fabricadas con aceros especiales al cromo-níquel, molibdeno-cobre y otros menos aplicados como son las de vidrio o de porcelana química.

La bomba es una máquina que eleva un fluido desde un nivel a otro más alto, o bien comunica energía al fluido. Aunque se tiende a pensar en los fluidos como líquidos, el término incluye también a los gases.

2.5.1.1 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Se llaman de desplazamiento positivo porque con cada movimiento del pistón desplazan una cantidad fija de líquido. Las válvulas son del tipo de retención o anti - retorno, es decir, el líquido sólo puede moverse en un sentido. Estas bombas son

del tipo alternativo, en el que la acción de un émbolo o diafragma produce un caudal pulsátil. Con cada golpe del émbolo, el aire es forzado a entrar, al tiempo que una válvula anti - retorno evita su salida; en la carrera de retorno del pistón, el aire es aspirado al interior del cilindro, frente al pistón, para ser empujado.

Figura 2-11 Bombas de desplazamiento positivo.

El principio de estas bombas ha sido el más ampliamente utilizado a lo largo de la historia. También hay bombas alternativas de doble acción, que obligan a mover el fluido a ambos lados del émbolo, mediante la simple colocación de válvulas adicionales y un retén en el punto en que el vástago del pistón entra en el cilindro.

Figura No 2-11

Las bombas rotativas son también de desplazamiento positivo, pero no alternativas ni tienen válvulas. El fluido entra a través de un orificio y es impulsado por paletas rotativas, engranajes o lóbulos, para ser expulsado por otro orificio de salida. La cuantía del desplazamiento depende de la distancia entre paletas o dientes.

Las bombas de desplazamiento positivo son más adecuadas para el bombeo de fluidos limpios, a causa de las pequeñas tolerancias que se emplean en su construcción; una excepción la constituye la bomba de diafragma, en la cual el pistón o brazo de accionamiento está conectado a un diafragma.

Tres de los tipos más corrientes de bombas de desplazamiento positivo. Arriba, bomba rotativa. A medida que pasa, e! fluido es acelerado por la acción de un rotor. Las paletas pueden ser de goma, plástico o diferentes clases de metal, según sea la naturaleza del fluido que se quiere bombear. En algunas bombas rotativas, el rotor está descentrado y Las paletas entran y salen de él (o se doblan si son de goma) guiadas por la circunferencia interior de la cámara. En otras, se utilizan dos o más ruedas dentadas o lobuladas, que giran cada una alrededor de un eje, en vez de disponer de un solo rotor. A la derecha, bomba centrífuga. El rotor se llama rodete o impulsor. “Impulsa” al fluido alrededor de la circunferencia interior de la cámara mediante la fuerza centrífuga que le aplica; la cámara recibe el nombre de voluta o cámara espiral y tiene un tamaño gradualmente creciente desde el rodete hacia el exterior, con el fin de transformar el flujo del fluido de una corriente de alta velocidad y baja presión a otra de baja velocidad y alta presión.

Abajo, bomba peristáltica, que comprime un tubo flexible.

El movimiento de vaivén de este último provoca el desplazamiento, y, gracias a que el fluido no puede atravesar el diafragma hacia las partes de trabajo, este tipo de bomba se emplea para sólidos en suspensión, sin más condicionamiento que la capacidad de las válvulas de permitir el paso del material sin quedar atascadas.

Las bombas peristálticas son bombas rotativas sin válvulas, en las que un tubo flexible es oprimido de forma continua; son también adecuadas para el bombeo de un fluido con sólidos pequeños en suspensión, o de líquidos espesos. Las bombas de desplazamiento positivo deben incluir algún medio de aliviar la presión suministrada por la bomba, tales como válvulas de seguridad, puesto que las presiones excesivamente altas pueden dañar los elementos de trabajo.

2.5.1.2 BOMBAS CENTRÍFUGAS

La bomba centrífuga comprende una rueda con paletas o álabes, llamada impulsor o rodete, en un alojamiento o cámara. El fluido entra en el “ojo”, o parte central del rodete, a través de un orificio y la presión se genera a medida que el fluido es obligado a girar a gran velocidad por el rodete. Incluso es posible obtener una presión adicional cuando el líquido a gran velocidad es desacelerado hasta una velocidad menor. Figura No 2-12

La fuerza centrifuga que proporciona presión puede entenderse fácilmente si se imagina que se hace girar un cubo de agua con el brazo extendido; si el giro es lo suficientemente rápido, la fuerza centrífuga mantendrá el agua en el cubo. La recuperación de presión a partir de la velocidad es más difícil. La forma del orificio de salida tiene el efecto de cambiar la vena fluida de gran velocidad y baja presión en una corriente de alta presión y baja velocidad.

La presión total de la partícula de un fluido es la suma de su presión estática, que es la que se obtiene mediante un manómetro, y su presión dinámica, que depende de la velocidad.

La presión dinámica es la presión ejercida sobre un objeto introducido repentinamente frente a una partícula en movimiento, y aumenta según el cuadrado de la velocidad.

Figura 2-12 Bomba centrífuga. . No es posible convertir en presión estática toda la presión dinámica de un líquido en movimiento, pero la recuperación de presión puede ser del 50 al 80 % de la presión dinámica.

El método más sencillo consiste en aumentar lentamente la sección del conducto de salida, mediante un cono de abertura no superior a 0,14 radianes (8°). Esta pieza se conoce como difusor y se utiliza frecuentemente en bombas pequeñas.

En la mayoría de las bombas grandes, la voluta o cámara espiral, parte exterior de

la cámara, tiene un área transversal que crece hacia la salida; el rodete lanza el fluido dentro de la voluta, que tiene forma de concha de caracol. El rodete va montado sobre un eje rodeado por un prensaestopas en los puntos que atraviesa la cámara.

A diferencia de las bombas de desplazamiento positivo, la bomba centrífuga no requiere ningún dispositivo de válvula de seguridad, ya que, para un rodete determinado que gira a una velocidad determinada, se consigue una presión máxima predecible. En efecto, esta bomba es una “máquina de velocidad” o bomba hidrodinámica. Dentro de su característica de prestaciones, es muy adaptable, se utiliza para toda clase de líquidos y puede ser fabricada con gran variedad de materiales, desde plástico hasta bronce o metales raros tales como el titanio o el tantalio.

2.5.1.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS SANITARIAS Las bombas centrífugas sanitarias se utilizan como accesorios de amplio uso en la industria de alimentos, fabricadas en material inatacable (acero inoxidable, cristal, plástico) cuya principal característica es la higiene total. Para ello debe reunir las siguientes condiciones: acabado interior perfecto, simplicidad de construcción y desmontaje rápido.

Son bombas horizontales de una sola etapa con aspiración axial e impulsión radial, el cuerpo de la bomba comprende los pies de fijación, lo cual permite realizar el mantenimiento de la bomba sin desmontar las tuberías. Así mismo el acoplamiento elástico con distanciador evita el desmontaje del motor y mantiene la alineación del grupo moto-bomba una vez realizado el mantenimiento. La ventajas que ofrece son: Acabado interior esmerado, robustez de construcción, rendimiento elevado y marcha silenciosa.

2.5.1.2.2 BOMBAS AUTOCEBANTES Para ciertas aplicaciones es preciso utilizar bombas capaces de cebarse por sí mismas. Si el nivel de agua está por debajo de la entrada de la bomba, sólo una bomba de desplazamiento positivo será capaz de extraer la columna de aire del tubo de aspiración antes de empezar la operación normal de bombeo, pero esto sucede tan sólo a condición de que la diferencia de nivel entre el agua y la bomba no exceda la altura de agua cuyo peso produzca una atmósfera de presión (en agua dulce supone una altura de 10,33 m; sería imposible una elevación mayor que ésta, que daría origen a un vacío perfecto sobre la columna de agua; en la práctica ésta sólo puede ser elevada unos 8,5 m., a causa de pérdidas por rozamiento, presión de vapor del agua y otros factores).

Cuando está vacía, una bomba centrífuga ordinaria no es capaz de eliminar el aire del tubo de aspiración, pero si ese aire se elimina mediante otros medios queda “cebada” y pasa a trabajar con normalidad. La bomba autocebante húmeda es el

tipo más frecuente y se utiliza mucho en el campo de la construcción. El cuerpo de la bomba es llenado con agua, la cual no puede salir debido a la presencia de una válvula de retención en la cámara. La circulación de aquélla elimina gradualmente el aire del tubo de aspiración y permite ser elevada hasta la bomba.

Las bombas centrífugas normales no son capaces de superar la “cavitación” provocada por grandes cantidades de aire emulsionado con el agua. Para cebar estas bombas se utilizan bombas de vacío o eyectores accionados mediante aire, lo cual les permite funcionar a pesar de ese inconveniente. En el sistema de eyector de aire se hace pasar éste, procedente de un compresor, normalmente accionado por el mismo motor de la bomba, por una boquilla a través de un orificio conectado a una cámara de separación de aire en el lado de aspiración de la bomba. De ese modo se origina un vacío en la cámara de separación y el agua es aspirada hacia la bomba, la cual ya puede trabajar con normalidad. El aire que sube con el agua es eliminado por el eyector en la cámara de separación y extraído sin entrar en la bomba.

2.5.1.2.3 BOMBAS DE ALTA PRESIÓN De modo general, la presión producida por una bomba centrífuga es proporcional al cuadrado de la velocidad periférica del rodete, por lo que, para una presión determinada, el diámetro del mismo puede ser grande y su velocidad pequeña, o a la inversa. La velocidad angular más alta disponible en un motor eléctrico normal (medio habitual de accionamiento de las bambas centrífugas) es de 2.900 rpm con corriente de 50Hz, o de 3.400 rpm con 60 Hz; por lo tanto, si se cuenta con estas velocidades, las presiones más altas deben ser conseguidas mediante diámetros mayores del rodete.

Sin embargo, hay limites que no se pueden superar; uno de ellos es la resistencia de los materiales de fabricación de la bomba; otra limitación, más importante, es la que establece el rozamiento producido por el rodete sobre el fluido, que afecta a la potencia necesaria para accionar la bomba y aumenta con rapidez por encima de un diámetro determinado del rodete. Para presiones muy superiores a 0,7 MPa las bombas centrifugas se construyen en varias etapas, con los rodetes colocados en serie y montados sobre un mismo eje; el fluido es conducido de la salida de una etapa a la entrada de la siguiente. En los últimos años, han aparecido bombas comerciales que funcionan a velocidades. superiores a las sincrónicas antes citadas, con lo cual basta una sola etapa para mayores presiones. Estas bombas son sencillas y disponen de accionamientos de engranaje o de correas de alta velocidad, lo cual representa un ahorro de espacio y de coste. Alguna de ellas funciona a velocidades angulares de 30.000 rpm y proporciona hasta 13,7 MPa (139 kg/cm2).

2.5.1.3 BOMBAS ALTERNATIVAS

Las bombas de diafragma son bombas alternativas. Contienen una lámina flexible que trabaja en una cámara con orificios y válvulas de entrada y salida. Por debajo (o detrás) de la membrana actúa un pistón sobre un líquido herméticamente cerrado, haciendo que la membrana flexible se distienda al moverse el émbolo hacia la parte superior, de modo que se vacíe el espacio de la bomba, o empujándola en su movimiento hacia la parte inferior o embolada de succión. El diafragma está constituido por ciertos metales o aleaciones, plásticos o caucho sintético. La bomba de diafragma puede estar dotada de movimientos de precisión, de forma que puede actuar como alimentador-dosificador.

Las bombas mecánicas son bombas alternativas, con movimiento positivo. Las bombas movidas mediante vapor tienen la ventaja de su amplitud y de suministrar vapor de baja presión a un tambor central colector de vapor, que permite recoger vapor para los procesos de fabricación.

2.5.1.4 OTROS TIPOS DE BOMBAS 2.5.1.4.1 BOMBA DE CHORRO Hay bombas que no son del tipo de las centrifugas ni del de las de desplazamiento positivo. Ya se ha mencionado el eyector de aire como un dispositivo para ayudar al cebado; también puede utilizarse para elevar fluidos. La ventaja principal es que no tiene partes móviles dentro de la bomba, pero, en cambio, su rendimiento es más bien bajo, un máximo del 30 %. La utilización más frecuente de la bomba de chorro, como también se denomina, es en conjunción con la centrífuga, para elevar agua desde más de 10,33 m y hasta unos 45 m.

2.5.1.4.2 ARIETE HIDRÁULICO Si se dispone de grandes cantidades de agua a baja presión, puede utilizarse un ariete hidráulico a fin de elevar una pequeña cantidad del líquido desde un nivel inferior hasta otro superior. No se necesita otra potencia externa; se utiliza la cantidad de movimiento de la vena de agua cuando se cierra una válvula rápidamente a intervalos regulares, generándose así altas presiones pulsátiles.

La presión total de la partícula de un fluido es la suma de su presión estática, que es la que se obtiene mediante un manómetro, y su presión dinámica, que depende de la velocidad.

La presión dinámica es la presión ejercida sobre un objeto introducido repentinamente frente a una partícula en movimiento, y aumenta según el cuadrado de la velocidad.

No es posible convertir en presión estática toda la presión dinámica de un líquido en movimiento, pero la recuperación de presión puede ser del 50 al 80 % de la presión dinámica.

Figura 2-13 Bombas rotatorias El método más sencillo consiste en aumentar lentamente la sección del conducto de salida, mediante un cono de abertura no superior a 0,14 radianes (8°). Esta pieza se conoce como difusor y se utiliza frecuentemente en bombas pequeñas.

En la mayoría de las bombas grandes, la voluta o cámara espiral, parte exterior de la cámara, tiene un área transversal que crece hacia la salida; el rodete lanza el fluido dentro de la voluta, que tiene forma de concha de caracol. El rodete va montado sobre un eje rodeado por un prensaestopas en los puntos que atraviesa la cámara -

Las dos etapas de un compresor por desplazamiento de pistón. En la primera etapa (esquema superior), ese pistón asciende y obliga al aire de la parte superior del cilindro a pasar, a través del circuito de refrigeración por agua, a la cámara de presión, situada al otro extremo del cilindro. En la segunda etapa (esquema inferior) el pistón desciende y, al mismo tiempo que aspira aire exterior, comprime el aire situado en la cámara de presión, cuya volumen es menor por la presencia del vástago del émbolo. Cuando la presión alcanza el valor limite, se abre la válvula de escape (en la parte inferior izquierda de los esquemas).

Figura 2-14 Etapas de un Compresor por pistones

2.6 COMPRESOR ALTERNATIVO

El compresor alternativo accionado por un motor eléctrico es el más común para uso industrial como instalación permanente. Otras veces está montado sobre dos o cuatro ruedas para facilitar su traslado en trabajos a pie de obra, construcción de carreteras, edificios, etc., y entonces suele tener un motor Diesel o de gasolina.

Los componentes principales del compresor son un cárter, un cigüeñal, una biela, un émbolo y un cilindro, con válvulas de aspiración y de descarga. Para comprimir el aire a presiones de hasta 0,5 ó 0,6 MPa (5 ó 6 kg/cm2) es suficiente un tipo sencillo, de una sola etapa; pero para presiones mayores son frecuentes dos etapas de compresión, baja y alta. En el cilindro de baja presión se comprime el aire desde la presión atmosférica a una presión igual a la raíz cuadrada de la presión final. La segunda etapa aumenta esa presión hasta el valor final. Con esta relación las necesidades de potencia son mínimas. La compresión genera calor, por lo que para reducir los problemas de temperatura, que afectan especialmente a la lubricación, suele introducirse una etapa de refrigeración entre los cilindros de baja y alta presión; esta etapa puede consistir en un intercambiador de calor con agua o aire.

Los cilindros son de configuraciones muy variadas, tan numerosas, casi como en los motores de combustión interna, y a menuda es necesaria además otra etapa de refrigeración posterior por aire o por agua, según el tamaño y las necesidades de la instalación, El aire comprimido suele introducirse en un depósito a presión.

Figura No 2-14.

2.6.1 COMPRESOR ROTATIVO

Hay otros dos tipos de compresores bastante comunes, ambos rotativos. El compresor helicoidal comprende uno o dos pares (etapas) de rotores helicoidales engranados que giran juntos sin tocarse, estando siempre en la misma posición relativa. El aire, aspirado por un extremo, es comprimido entre los rotores que giran y sale por el otro extremo. Es un modelo muy compacto y puede trabajar a gran velocidad, características muy adecuadas para atender al suministro de grandes cantidades de aire.

El compresor de paletas deslizantes se presenta en formas muy variadas, pero, básicamente, consta de un rotor colocado de modo excéntrico en el cilindro de compresión; el rotor está provisto de un número variable de paletas que, conforme gira aquél, son impulsadas por la fuerza centrífuga contra las paredes del cilindro.

Esas paletas se deslizan por las paredes ajustándose perfectamente a ellas, configurando así un compartimiento estanco, a lo que contribuye también la lubricación. Puesto que el rotor está descentrado con respecto al cilindro, en la parte de éste más alejada del eje del rotor las paletas formarán una cámara de la máxima amplitud, correspondiente a la entrada de aire. Conforme el rotor gira, las paletas se van retirando obligadas por la pared del cilindro, con lo que la cámara

se reduce, el aire es comprimido y sale por una válvula, situada en la parte del cilindro más próxima al eje del rotor.

2.7 Ventiladores y sopladores Los gases son propulsados mediante ventiladores, que pueden ser impulsores o extractores, y mediante compresores. Un ventilador puede utilizarse para vencer presiones débiles del orden de fracciones de un centímetro (o pulgada) y su efectividad depende de la forma y curvatura de sus láminas o aspas. Figura No 215.

Descarga en espiral del ventilador turbo axial rectilínea del ventilador axial

Descarga

Figura 2-15 Ventiladores.

Los ventiladores se dividen en ventiladores centrífugos, con rodetes dotados de hojas colocadas radialmente, y ventiladores con flujo axial, tales como los ventiladores de disco y los de hélice. Se dice de un ventilador que es un impulsor cuando impele el aire o un gas forzándolo a penetrar en una habitación o en conductos que lo lleven a una cámara, horno o desecador; es un extractor cuando hace salir el aire de un espacio cerrado y lo descarga en el exterior. El túnel de

Lincoln está ventilado por la acción de grandes ventiladores que aportan aire fresco y que funcionan como impulsores. El ventilador Sirocco es un ventilador de múltiples aspas (64 láminas), ligeramente curvadas, estrechas, en forma correspondiente en lo esencial a un tambor.

El turbo impulsor de una sola fase es una máquina centrífuga de elevada velocidad, de tamaño notablemente reducido para su capacidad. Al contrario que los ventiladores, se basa en que los huelgos sean pequeños. El turbo impulsor de efecto múltiple desarrolla presiones del orden de 0,45 Kg/cm2 (6,5 psi).

2.8 Colectores de polvo, ciclones y refrigeradores de gases El colector de polvo es el dispositivo más simple y antiguo para detener las materias arrastradas en suspensión con el aire y separarlas de éste. Está formado por dos conos truncados, unidos por sus bases mayores, de forma que la caja que forman es de anchura máxima en su parte central. A medida que el espacio se vuelve más ancho se logra que el aire sucio, que penetra por la parte superior por un punto situado cerca de la pared, con lo que adquiere un movimiento circular y se desplaza en espiral hacia la parte baja de la caja, pierda velocidad y con ello su poder para arrastrar el polvo; el polvo cae y se va recogiendo en el fondo, mientras que el gas, limpio en comparación, sale, por un tubo central que está situado a media altura en el colector.

El ciclón simple está constituido por una caja en forma de cono, sobre la que existe una cámara circular superior en la que penetra el aire, que se desplaza rápidamente tangencialmente, de forma que se produce un violento movimiento circular que semeja el de un ciclón. Las partículas extrañas son lanzadas contra las paredes y se deslizan a lo largo de éstas hacia el receptor cónico. Para que trabaje adecuadamente es necesario que la velocidad de entrada sea del orden de 30 metros por segundo. El aire limpio escapa a través de un tubo central que llega hasta el cuerpo del cono y que conduce hacia arriba hasta un punto situado por encima del colector.

Entre los colectores de polvo que trabajan por vía húmeda el más sencillo es la torre-rociada, que puede ser de forma cuadrada o circular y en la que el aire ascendente, cargado de polvo, se encuentra con una lluvia descendente de líquidos de lavado. (generalmente, esta torre se usa simultáneamente como torre de refrigeración). Este separa las partículas de polvo y las gotitas mediante contacto con gotitas de agua producidas en gran profusión con ayuda de placas especiales de choque.

En las industrias dedicadas a procesos químicos suele ser frecuentemente necesario enfriar un gas o un vapor, procedente de una retorta, un horno o una caldera, bien para enfriarlo o para condensarlo y transformarlo en líquido. Los aparatos de lavar gases son refrigerantes muy eficientes. Para el enfriamiento de gases muy calientes se utilizan tubos doblados en forma de S refrigerados con

aire, o con agua cuando las temperaturas no son altas, así como intercambiadores de calor con otros gases o líquidos.

2.9 Mecanismos para producir el vacio Los aparatos destinados a producir y mantener un vacío son condensadores; eyectores de chorro de vapor, condensadores o no condensadores, simples o de efectos múltiples; bombas mecánicas. y bombas eyectoras de vapor de aceite cuando se trata de producir los elevados vacíos necesarios para la destilación molecular.

El dispositivo condensador más frecuentemente utilizado es el de tipo barométrico de contacto directo, con flujo en contracorriente en el condensador. Tiene un tubo de cola de 10,3 metros de longitud a través del cual escapan el agua y el condensado, sin que ofrezca dificultades la presión atmosférica. En el condensador el vapor ascendente se encuentra con una lluvia descendente de agua fría; las porciones no condensables se recogen en la parte alta del condensador, de la que son expulsadas mediante un eyector dc chorro de vapor.

El eyector de chorro de vapor tiene una cámara de distribución, una boquilla de salida del vapor, una cámara de vapor conectada con el recipiente en que tiene que hacerse el vacío, un tubo difusor y (en el tipo condensador) un condensador.

El vapor en expansión, procedente de la caldera, sale por la boquilla, atraviesa la cámara de vapor a gran velocidad, con lo que arrastra el vapor o gas que lo rodea, y entra en el tubo difusor. En la porción divergente disminuye la velocidad y con ello aumenta la presión hasta hacerse varias veces mayor que la correspondiente a la cámara de vapor. Después de pasar al condensador, los residuos no condensables entran en un segundo eyector, que los elimina haciéndolos pasar a la atmósfera.

CAPITULO 3

EQUIPOS DE LIMPIEZA, SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

•

Conocer e identificar el principio de funcionamiento y operación de los equipos de limpieza, selección y clasificación.

•

Identificar los componentes de los equipos de limpieza, selección y clasificación en la industria de alimentos.

•

Distinguir los diferentes sistemas de clasificación.

•

Adquirir

criterios

para

la

selección

adecuada

de

un

equipo.

3.1 OPERACIONES PRELIMINARES Existe un grupo de maquinaria y equipos, que deben sus características y funciones a la preparación inicial de los alimentos dentro del proceso de producción, estas partes del proceso casi siempre, comprenden la recepción de materia prima, limpieza, selección y clasificación de los alimentos para que cumplan con los requerimientos y parámetros de calidad exigidos para continuar con la transformación del alimento. Así es que se encuentran equipos para pesaje, bandas y mesas de selección, lavadoras y peladoras entre otros equipos.

3.1.1 BÁSCULA DE PESADO

La báscula de pesado tipo plataforma en material de hierro, se compone de: plataforma de pesado, vara de lectura, fiel, ruedas para transporte y cuatro pesas auxiliares. Ver figura 3.1

Figura 3-1 Báscula de pesado

3.1.2 BANDA DE SELECCIÓN

Es una banda transportadora sinfín de caucho corrugado y resistencia a la acción de álcalis, ácidos y temperatura entre O - 100 oC. La estructura que soporta la banda es de acero inoxidable y los soportes del conjunto de material en chapa de hierro y galvanizado. Ver figura 38. Es muy útil en la selección de frutas, tubérculos y otros alimentos de regular tamaño

Figura 3-2 Banda de selección 3.1.3 PRELAVADOR

La prelavadora es utilizada normalmente cuando, antes de entrar en la línea de producción, el producto debe ser sometido a operaciones preliminares que lo preparen para cumplir con los requerimientos mínimos de limpieza de la siguiente etapa.

En la industria de conservas como caso específico de frutas, sé prelavan para efectuar la separación de cáscaras, siguiendo después un proceso de lavado normal para la extracción del jugo. Ver figura 3-3.

Los prelavadores están generalmente constituidos por un tanque de lavado por inmersión, un transportador de rodillos, una poseta para enjuague y un plano que puede ser utilizado para la preselección.

Figura N° 3-3 Prelavador 3.1.4 LAVADOR

Un lavador rotatorio utiliza un sistema de lavado ideal para las frutas y verduras de buena consistencia y con formas aproximadamente esféricas. Aquí se aprovecha la acción mecánica ejercida por los violentos movimientos del agua, se presenta una acción abrasiva provocada por la fricción de los alimentos, durante la rotación de las mismas, en el interior del tambor rotante en este proceso. Este tipo de lavado, también es utilizado para eliminar los residuos de soda, en las frutas sometidas a pelado químico. Observar figura 3-4 Partes principales de la máquina: • • • • • •

Bandas o tolvas de alimentación y descarga del producto.

Una estructura en acero al carbono o acero inoxidable Un tambor cilíndrico en lamina perforada con anillos de rotación.

Refuerzo en espiral para el avance del producto también en acero inoxidable Dos ejes con rodillo para el soporte y la rotación del tambor.

Motor con doble transmisión, con reductor de lubricación permanente.

Figura 3-4 Lavadora 3.1.5 MÁQUINA PELADORA

La aplicación principal de las maquinas peladoras se encuentra en la industria que maneja tubérculos, son máquinas normalmente construidas en acero inoxidable y aluminio anonizado, permiten producir gran cantidad de tubérculos óptimamente descortezados.

Estos equipos formados principalmente por una caja abrasiva, un disco giratorio recubierto de carburo de silicio, tolvas de alimentación y descarga sistema de transmisión de potencia. El disco girante de forma particularmente perfilada y caja abrasiva interna, la cual es removible, permiten distribuir de manera uniforme la acción de mondadura de toda la superficie de los tubérculos, siguiendo su irregularidad de forma, sin reducir sus dimensiones. De tal manera, los descartos de elaboración son descargados al instante por la acción de un chorro continuo de agua. El disco está recubierto de carburo de silicio, de larga duración y puede ser desmontado para facilitar su limpieza. Ver figuras 3-5. En algunos casos estas máquinas son adaptadas con diluidores de desperdicios.

Figura 3-5 Peladora 3.2 Selección Y CLASIFICACIÓN Para la selección y clasificación los equipos más utilizados son: los separadores magnéticos, sedimentadores, espesadores, cribas, filtros y centrífugas entre otros, en estos grupos se encuentran gran variedad según sus aplicaciones a continuación se hablara de los principales.

3.2.1 SEPARADORES MAGNÉTICOS

Los separadores magnéticos permiten separar ciertas substancias de otras con las que formen mezclas físicas a causa de la diferencia de la respuesta que dichas substancias den a la acción de un flujo magnético. El hierro metálico que aparece a veces en el vidrio molido o entre los huesos molidos de una fábrica de gelatina, o en los granos de trigo, puede separarse de estos materiales mediante una polea magnética que ocupa el lugar de la polea de mando o motriz de cualquier transportador de cinta. El separador magnético más importante es el de tipo de tambor: está formado por un cilindro dentro del cual se mantiene en posición fija un imán o una combinación de imanes. La parte que forma el tambor es móvil y

gira alrededor de un eje horizontal. La porción no magnética del material cae cuando el tambor gira, pero el hierro es retenido más tiempo. Se mantiene unido a la pared del cilindro hasta que éste, con su movimiento de rotación, lo aleja del campo magnético, con lo cual se desprende y es recogido y almacenado en un depósito separado. En el separador micro-magnético para polvos, el material magnético es arrastrado por un segundo rodillo magnético (de inducción). En los últimos años el electromagnetismo, que venia usándose desde hace tiempo, ha sido suplementado, e incluso desplazado, por el magnetismo permanente; Éste ofrece la enorme ventaja de su simplicidad.

3.2.2 SEDÍMENTADORES Y ESPESADORES

Para realizar las separaciones más rápidamente se han proyectado sedimentadores qué aceleran el proceso, con uno o varios estantes o pisos, dotados todos de brazos móviles, rastrillos o rásadores, y de alimentación y descarga continuas. Son los espesadores y clarificadores mecánicos de tipo continuo. Se denominan espesadores cuando separan un liquido de una suspensión bastante concentrada que contenga, por ejemplo, del 1 al 25 % de sólidos, y clarificadores cuando los líquidos solamente tienen un pequeño porcentaje de sólidos que frecuentemente hay que expresar en partes por millón.

No siempre se tiene presente esta distinción. Al escoger un sedimentador es necesario tener en cuenta no sólo las características de sedimentación de los sólidos, sino también si los productos valiosos que se trata de separar son los sólidos, los líquidos o. Ambos.

Algunos espesadores son aparatos que constan de un solo compartimiento.

También existen otros, que se usan con éxito, que tienen dos, cuatro o más compartimientos y que han nacido como consecuencia de la observación que los depósitos del mismo diámetro producen substancialmente la misma cantidad de líquidos claros con independencia de la profundidad. Dicho esto con otras palabras, se ha observado que el rendimiento por volumen de papilla es mayor en líquidos clarificados cuando los recipientes son de poca altura.

En el clarificador continuo de Graver existe un depósito cilíndrico vertical, equipado con un número de compartimientos poco profundos, entre 2 y 5, que ostentan forma de campana, teniendo las partes superiores pendientes. Las partes superiores de las campanas tienen sus pendientes dirigidas hacia la pared exterior del depósito y la parte superior de cada campana constituye el fondo del compartimiento de clarificación situado encima de la misma. Existen brazos mecánicos que eliminan el barro sedimentado en cada piso. En la parte más alta del clarificador existe un compartimiento de coagulación, en el que mediante movimientos suaves de brazos y paletas se promueve la formación y crecimiento de flóculos. Este compartimiento queda sólo parcialmente lleno, de modo que mediante una paleta rotatoria, que se ajusta de forma tal que llegue solamente a tocar la superficie del, liquido, se puedan barrer las espumas hasta un vertedero

radial, desde el que pueden conducir a un tanque exterior de almacenamiento. Por debajo del compartimiento de coagulación existen una serie de compartimientos de sedimentación, cuyos pisos tienen una pendiente descendente hacia la circunferencia. Por debajo de las cámaras de sedimentación existe un concentrador, que está constituido por una cámara cuyo piso tiene pendiente hacia el centro; presenta dos brazos rotatorios, que hacen que los sedimentos se trasladen hacia un orificio central por el que se descargan con continuidad, pasando a una salida dotada de las tuberías y válvulas adecuadas. Todos los sedimentos que se forman en el clarificador pasan a través del espesador del fondo. Un eje central soporta todas las partes dotadas de movimientos mecánicos, incluso los dos brazos que barren con rastrillos los fondos de cada una de las cámaras de sedimentación. La velocidad de giro del eje principal es de 3 a 12 revoluciones por hora. Los rastrillos empujan suavemente los sedimentos hacia la circunferencia por la que caen lentamente a lo largo de las paredes del depósito hasta el concentrador que forma la cámara inferior. Los líquidos claros se extraen de las zonas superiores de cada uno de los compartimientos de clarificación. Cada una de las campanas está dotada de ventilación, lo mismo que el compartimiento de coagulación. La papilla que ha de tratarse se introduce de manera ininterrumpida, penetrando por el centro de la cámara de coagulación. Todas las operaciones resultan así continuas.

El clarificador continuo de Graver se fabrica de 9 tamaños, que van desde 8 metros de diámetro y 9 metros de altura, que es el mayor, hasta 3,15 metros de diámetro y 4,8 de altura, que es el más pequeño. Su aplicación fundamental es la clarificación del jugo que se obtiene durante la extracción del azúcar. Su capacidad, en función del zumo de azúcar obtenido de la caña de Louisiana, es de 208 a 227 litros por minuto. La construcción de los concentradores de Graver hace posible la recirculación de parte de los sedimentos en aquellos procesos en que esta fase sea necesaria, como, por ejemplo, en algunos casos en que se ha de realizar la clarificación del agua y para la extracción de todo el contenido del clarificador.

3.2.3 CRIBA PLANA CORTA

En la industria molinera las cribas son utilizadas para la clasificación de los granos, las más utilizadas son las cribas planas cortas que están destinadas a la clasificación de productos que se obtienen durante el proceso de trituración de granos. Igualmente pueden encontrar aplicación en la clasificación de productos a granel en otras ramas de la industria.

Las cribas se componen de los siguientes elementos básicos: Bastidor de soporte, en el cual de manera simétrica, va montado el sistema de accionamiento sin husillo, para el movimiento circular (giratorio) Cajas de criba compuestas de bastidores de trabajo, doblados completamente, por medio de herrajes. En cada bastidor de trabajo hay un marco de inserción para la colocación del cierre (red o

gasa para harina) bajo el cual se encuentran los elementos limpiadores. La fijación de las cajas de criba en el bastidor portador se realiza con varillas de suspensión, abrazaderas y tensores. Herrajes de las cajas de cribas, compuestas de hierros en U, fijados a las tapas y a los marcos interiores, así como también los tensores verticales. Tableros de entrada con mangas de tela y abrazaderas para la unión de la criba con las instalaciones de alimentación del producto. Placa inferior con los tubos cortos de salida, mangas y abrazaderas de cinta, para la unión de la criba con las instalaciones de recepción del producto El rendimiento de una sección de la criba depende del género, de las propiedades fisicoquímicas del producto por cribar, así, como también, de la dimensión de la malla y de la luz de los cierres de los marcos de inserción. En la figura No 42 se observa una placa perforada para criba.

Figura Placa perforada para criba Las características técnicas del rendimiento indicadas se refieren a los parámetros cualitativos de los productos que se obtienen durante el proceso de trituración del grano.

Como ejemplo de algunos tipos de placas perforadas para cribas que se encuentran en el mercado se muestra a un proveedor mexicano: “Cribas y productos metálicos S.A.” con su página www.cypm.com.mx y una muestra de

esta información se ve en la tabla No 8 TABLA NO 8 PLACAS PERFORADAS PARA CRIBAS Placa perforada Aberturas •

Tipos de fijación •

Redonda

•

Hexagonal

•

Cuadrada

•

Ranurada (slot)

Con ángulo para tensado

lateral •

Barrenado para sistema atornillado

•

Resaques especiales

•

Bastidor según sus necesidades

Aceros •

Acero estándar 1012

•

Acero A-36

•

Acero 1045 Alto Carbón

•

Acero estándar con tratamiento térmico

•

Acero estándar recubrimiento con hule de hasta 1" de espesor

•

Acero Inoxidable 304

•

Acero Inoxidable 316

•

Aluminio

Rango de calibres •

De 22 (0.029") a 1 3/4"

Tipos de dobleces •

Doblez estándar calibre 1/4" A-36 a menores

•

Doblez con ángulo soldado calibre 3/16" 1045 a calibre 5/16"

•

Doblez con ángulo soldado calibre 3/8" a mayores

•

Doblez con ángulo soldado 90º calibre 1/4" a mayores.

Placa ahulada •

Fuente: Cribas y productos metálicos S.A.

Todas nuestras placas pueden ir recubiertas de hule

3.2.4 FILTROS

Otra clase de equipo que se utiliza para la separación de sólidos y líquidos comprende los filtros, que pueden clasificarse en filtros de gravedad, filtros a presión (filtros prensas y filtros de bolsas), filtros al vacío (que a su vez pueden ser de tambor o de disco rotatorio o estacionarios), filtros de reborde y filtros de clarificación. Un ejemplo de filtro a presión se ve en la figura No 43.

Figura 3-5 Filtro a Presión 3.2.4.1 FILTRO-CICLÓN En la industria alimenticia se los aplica para purificación del aire (eliminación del polvo surgido durante elaboración de materias primas como colorantes y condimentos). Se les puede aplicar también en otras industrias. Los filtro-ciclones están aplicados en las instalaciones de aspiración de las máquinas y de equipos y en el transporte neumático de los materiales sueltos.

Dependiendo de su uso los filtro-ciclones pueden estar instalados en distintos sitios del sistema de aspiración y del transporte neumático como sigue: •

En los sistemas de la instalación de aspiración (individual y de grupo) o de las máquinas y de los equipos y así también en la instalación de aspiración del transporte neumático aspirante de baja presión con posibilidad de la elección del tamaño del agujero de salida del polvo y del tipo del receptor desde debajo del filtro-ciclón según necesidades.

•

En los sistemas de la instalación del transporte neumático aspirante de baja presión cuando el filtro-ciclón está colocado inmediatamente sobre el recipiente (silo).

•

En los sistemas de la instalación del transporte neumático impelente de alta presión para separar el material desde aire transportante este producto con simultánea purificación del aire; existe la posibilidad de la elección de las dimensiones del agujero de salida y del tipo del receptor del producto desde debajo del filtro-ciclón según necesidades.

•

En los sistemas de la instalación del transporte neumático impelente de alta presión para separar el material desde el aire transportante de este producto con simultánea purificación del aire; existe la posibilidad de la elección de las dimensiones del agujero de salida y del tipo del receptor del producto desde debajo del filtro-ciclón según necesidades.

Este tipo de filtro se compone de cuatro conjuntos: - Bastidor de apoyo, de lamina perfilada, en cuyo interior, en la parte delantera, ya suspendido el sistema de accionamiento, compuesto del motor eléctrico y, el cual, a través de la transmisión por correa y del eje excéntrico, pone en movimiento de vaivén la caja colectora y de criba. En la parte trasera del bastidor se encuentran los canales destinados a realizar la acumulación del producto proveniente de las cribas.

- La caja colectora va montada en la parte exterior del bastidor de apoyo, sobre soportes elásticos. Esta caja posee 4 salidas en dependencia de las condiciones de montaje de la aventadora de sémolas.

- La caja de criba constituye un conjunto de separación del cribado, en donde se realiza la distribución de la masa de sémolas vertidas, según sus dimensiones geométricas. Esta caja va ubicada en el interior del bastidor de apoyo, sobre 4 suspensiones oscilantes. Está dividida en dos secciones en las cuales se encuentra, respectivamente, un par de cubiertas de bastidores insertados. La limpieza de los enganches de los bastidores insertados se realiza con la ayuda de cepillos de movimiento forzado que resulta del vaivén de la caja de criba. La velocidad de avance del producto en la criba se regula mediante el emplazamiento de las suspensiones de la caja de criba en los cortes de los ganchos.

- En la caja de aspiración, que constituye el conjunto de separación de aire, es precisamente donde se produce la separación de las partes de salvado de la sémola, las cuales se diferencian por sus propiedades aerodinámicas. La caja de aspiración, al igual que la caja de criba, está dividida en dos secciones aspirantes.

Entre las secciones se encuentra un canal especial con iluminación eléctrica, para facilitar la observación del proceso tecnológico de la limpieza de las sémolas. Para la regulación exacta de la velocidad de la afluencia del aire en toda la longitud de las cubiertas de bastidores insertados, la caja de aspiración está equipada de un conjunto de persiana.

3.2.4.2 FILTROS DE GRAVEDAD

Los filtros de gravedad pueden ser filtros de arena, construidos mediante guijarros, grava y arena, que integran el fondo de grandes cámaras o tanques, del tipo de las utilizadas para la filtración de las aguas potables. La cámara recibe el agua turbia que contiene sedimentos que han sido aglomerados mediante coagulación con alumbre y que deben ser retenidos por la arena; el agua clara fluye a través de la arena y la grava, con lo que alcanza los tubos de drenaje situados en la parte inferior y se escapa a través de éstos hacia el canal de aguas claras. El lecho filtrante se lava a intervalos regulares invirtiendo la dirección de la corriente.

Los filtros de arena y grava pueden ser también filtros de presión, para lo cual se construye el filtro en un depósito cilíndrico de acero, con su eje horizontal y se impulsa el agua a filtrar mediante presión.

3.2.4.3 FILTROS PRENSA Los filtros prensas (de placa y marco) son casi siempre filtros que operan a presiones altas, pero también es posible utilizarlos como filtros de gravedad para ciertos servicios que hemos de mencionar más adelante. En lo fundamental un filtro prensa consta, si es de fundición, de las siguientes piezas: una serie de placas con ranuras sobre las que se colocan las telas filtrantes (alternando con marcos); dos barras horizontales sobre las que se apoyan las placas filtrantes y los marcos; dos piezas terminales, una móvil y la otra fija; una canal para recibir los líquidos filtrados y de lavado, y robustos soportes en ambos extremos. Las placas y los marcos tienen apéndices que les permiten desplazarse sobre las dos barras horizontales. Ver figura 3-7

Figura No 3-7 Filtro prensa de placa horizontal y marco La pieza terminal móvil y las placas y marcos pueden comprimirse unas sobre otras y mantenerse apretadas mediante un tornillo manipulado a mano o hidráulicamente. Las placas y los marcos tienen sus superficies mecanizadas de forma que actuando la tela filtrante como junta, el filtro prensa, una vez comprimido, queda herméticamente cerrado para los líquidos. En uno de los ángulos superiores las placas y los marcos tienen un borde ensanchado en el que existe un orificio, de modo que cuando se cierra el filtro se forma un conducto por el que penetra la suspensión que se ha de filtrar. Únicamente tienen accesos a este conducto los marcos, de modo que la papilla únicamente penetra en éstos. La torta de filtración se acumula en los mismos, mientras que el líquido claro (el filtrado) pasa a través de la tela que cubre la placa filtrante y corre por las ranuras hasta alcanzar un conducto que lo lleva hasta una llave externa, por donde se le da salida.

La papilla se introduce en el filtro mediante una bomba o soplador. A medida que se llenan los marcos se va aumentando la presión sobre la papilla si se desea mantener la velocidad de filtración. En el otro ángulo superior de las placas y marcos existe otra abertura que hace que en el filtro prensa se disponga de otro tubo, que se utiliza para el agua de lavado.

Hay dos tipos de placas filtrantes; las placas en que no se lava, que dejan pasar el filtrado, y las placas para lavar, que son las únicas que tienen aberturas de comunicación con el conducto para el agua de lavado. Con el fin de lavar, se cierra el conducto que da entrada a la papilla y se abre el conducto que da acceso al agua; ésta penetra en las placas lavadoras cuyos grifos se encuentran cenados; penetra a través de la torta, que se encuentra en el marco, la atraviesa y pasa a la placa inmediata y de ésta, a través de su grifo, a la canal colectora. Cuando se está lavando solamente salen líquidos de las placas alternadas, mientras que cuando se está filtrando todas las placas dejan salir liquido.

Estrictamente hablando, lavar significa eliminar todas las aguas madres que quedan adheridas al sólido inerte. Frecuentemente es posible que simultáneamente se disuelva parte del material que se desea; cuando se trata de cantidades pequeñas los resultados son buenos. Pero si queda en el filtro una vez formada la torta de filtración una cantidad considerable del material que sé desea separar y que es soluble, sería imposible el eliminarlo. La primera agua de lavado deja la torta irregular, después de lo cual el agua de lavado discurre por las grietas formadas y deja de lavar. Cuando las tortas son ricas en materiales solubles que han de recuperarse deberán convertirse de nuevo en papillas y filtrarse otra vez.

Cuando solamente tenga valor la torta puede someterse a tratamiento con vapor dentro del filtro prensa, con lo que se obtiene casi seca y libre de líquidos adheridos.

Después del proceso de lavado se abre la prensa soltando el tomillo final y separando entre sí las placas y marcos. Estas últimas se vacían y limpian mediante una gran espátula con la cual se hace caer la torta a unas tolvas existentes en el suelo. Después se vuelven a colocar las placas y marcos en posición de trabajo, utilizando las mismas telas filtrantes o nuevas’ telas, se comprimen y se vuelve a iniciar el ciclo. El período o duración de un ciclo es variable. Una papilla con un 5 % de sólidos puede tener un período de 9 horas: 8 horas de filtración y una hora para abrir, limpiar y cerrar. Una papilla que tenga un 20 % puede filtras durante tres horas e invertir después una hora para abrir, limpiar y cerrar nuevamente; es decir, opera con un ciclo de cuatro horas. A éste debe añadirse siempre el tiempo de lavado, si se verifica esta operación.

Cuando la papilla sea de elevado contenido en sólidos y se desee hacer que el periodo de filtración sea, más largo, puede conseguirse haciendo que los marcos tengan un grosor de 100 mm, en lugar de los 50 que ordinariamente tienen. En otros casos las disoluciones contienen muy pequeñas cantidades de substancias fácilmente filtrables; en general, estas suspensiones se hacen pasar a través del filtro prensa (por gravedad) durante días enteros antes de que sea necesario abrir el filtro. Un ejemplo puede ser una disolución del cloruro sódico que se utilice para una electrólisis y deba filtrarse como preparación previa.

3.2.4.4 FILTROS DE BOLSA Los filtros de bolsa (encerrada dentro de un recipiente) son también filtros a presión. El recipiente suele ser un cilindro de acero, de eje horizontal, cerrado por un extremo y con un cabezal especial por el otro. La pieza de cabeza puede correrse hacia dentro o hacia fuera, sobre dos barras horizontales; las bolsas, que pueden ser 6, 8, 10 ó 12, se encuentran sujetas a un marco unido a la cabeza. El marco descansa por su extremo sobre una pieza cruzada que está dotada de pequeñas ruedas con las que se desliza sobre dos raíles de que va provista la parte interior del cilindro; cuando se abre la prensa mediante un pequeño motor y una transmisión de cadena, puede desplazarse el cabezal con el recipiente colector y las bolsas cubiertas de torta de filtración que se trasladan conjuntamente.

El cilindro está sujeto mediante soportes verticales robustos; tiene en su base una tubería a través de la que se suministra la papilla y por la cual se devuelve la última carga al depósito cuando se va a abrir la prensa. Cada bolsa tiene su llave propia de salida; cuando una bolsa filtra mal y deja pasar sólidos se cierra y se reemplaza por otra cubierta con tela filtrante nueva. Las bolsas son planas, tienen forma rectangular, estando situadas verticalmente y formadas por un marco de tubería ligera, una red de alambre grosera enrollada a su alrededor y que se cubre mediante una bolsa de tela filtrante que se mantiene en su sitio con pinzas.

El trozo de tubo del fondo tiene aberturas para recoger los líquidos filtrados que salen a través de una llave. Cuando se hace penetrar la papilla en el cilindro, se forma una torta a ambos lados de la bolsa homogéneamente. La torta puede filtrarse conectando la llave con el agua a presión antes de cerrar el tubo de alimentación. Cuando se abre la prensa se extraen las bolsas, que se llevan sobre una tolva colectora; se sueltan las tortas mediante una ligera agitación de las mismas, que se verifica mediante una larga pértiga, y luego se hace pasar una corriente de agua durante unos minutos. Al cerrar la prensa por inversión del movimiento del motor, la parte móvil se empuja hasta que entra en acción un conjunto de cierre con fiador, que comprime fuertemente la cabeza contra el recipiente.

La cabeza tiene un labio circular saliente que encaja en una ranura correspondiente existente en la boca del cilindro en cuyo fondo existe una junta de goma o de otro material elástico cualquiera. Este tipo de filtro de bolsas presenta así una sola junta que pueda ser origen en potencia de escapes o fugas, en lugar de las cincuenta juntas que presenta un filtro prensa normal.

Los filtros de Kelly se fabrican hasta de 1,50 in de diámetro y de 2,70 m de longitud. En años recientes se ha modificado el filtro de Kelly en el sentido de construirlo con el recipiente retráctil y las bolsas estacionarias; el recipiente está dotado de una plataforma para acomodar al operador. A. finales de 1957 se introdujo otra modificación en el filtro de Kelly consistente en cambiar el cierre de la: cabeza por un anillo deslizante giratorio; este anillo tiene tina anchura de 125 mm y se acciona hidráulicamente.

El filtro a presión de Sweetland tiene una carcasa de presión, partida. Las dos mitades se encuentran unidas con bisagras. La mitad superior es estacionaria y lleva las conexiones de los tubos. La mitad inferior está provista de contrapesos; cuando se abre el filtro, oscila hacia abajo y permite que la torta se separe y caiga.

Las bolsas filtrantes son circulares. Cada bolsa está suspendida de taje que lleva una válvula, un visor de después otra válvula que permite el paso un colector de descarga común. La torta puede separarse, aun cuando se encuentre cerrado el filtro, mediante la instalación adicional de una salida automática de forma de canal.

Existen tres tipos de filtros de bolsas a presión que tienen las bolsas rotatorias.

Los filtros de succión pueden ser tambor rotatorio, o de discos rotatorios, horizontal rotatorio, desaguadores y de succión de tambor.

3.2.4.5 FILTROS DE TAMBOR ROTATORIO En los filtros de tambor rotatorio el tambor gira alrededor de un eje horizontal; va montado sobre un tanque que contiene la papilla por filtrar, en el que penetra el tambor a profundidades variables. La superficie del tambor está constituida por compartimientos planos que terminan en un tubo que corre primero radialmente y que después gira en tomo al eje para alcanzar la parte rotatoria de la válvula automática. La tela filtrante cubre en una sola pieza la superficie del tambor: se

mantiene en su posición mediante un arrollamiento de alambre sobre el que se apoya el cuchillo de descarga. Cuando uno de los compartimientos del tambor penetra en la panilla la válvula automática conecta la succión con el mismo; el filtrado es empujado hacia un separador y colector, mientras que la torta queda depositada contra la superficie.

Estas condiciones persisten mientras el compartimiento se encuentra sumergido.

Al progresar la rotación, cae sobre la torta una lluvia de agua que es aspirada y enviada a una segunda tubería de succión por la válvula automática, que conduce a un segundo separador, colector y bomba. La torta se va aproximando lentamente después al cuchillo de descarga. Una tubería de aire comprimido produce una presión interna que hincha la tela del filtro hacia afuera, soltando en parte la torta de forma tal que cuando alcance al cuchillo sea separada con facilidad.

Se han desarrollado numerosas modificaciones; la más importante es la del filtro de succión de descarga mediante cintas. El tambor está recubierto sobre la tela con numerosas cintas sin fin, que se encuentran espaciadas de modo que entre ellas exista una distancia de 12,5 mm. Las cintas son suficientemente largas para rodear, además del tambor, un fino rodillo de descarga en el que dan la vuelta.

Pasan a continuación por un peine que las pone en línea antes de llegar a la superficie del tambor nuevamente. La torta se desprende en el rodillo de descarga; no es necesario ningún cuchillo de descarga. Por lo demás, esto filtro funciona como lo ya descrito. Para ciertos fines es posible utilizar el filtro con una capucha protectora; puede tener la alimentación por la parte superior en lugar de tenerla por la inferior. Existe un filtro de tambor dé filtración doble, rotatorio, con alimentación por la parte superior, que se utiliza para papillas que se sedimenten con mucha rapidez; no dispone de elementos para el lavado de la torta.

3.2.4.6 FILTRO DE SUCCIÓN DE DISCOS ROTATORIOS El filtro de succión de discos rotatorios es un filtro automático. Lo mismo que el filtro de succión de tambor, tiene auto-descarga y los costos de operación en condiciones normales son nulos. Sobre un eje horizontal se montan varios discos verticales delgados y huecos cubiertos por la tela filtrante. Penetran sumergiéndose en un depósito que contiene la papilla a filtrar, que tiene acanaladuras y al girar lentamente va recogiendo la torta que se acumula mientras que los líquidos filtrados se eliminan a través de la válvula rotatoria automática. Es necesario lavar la torta; ésta se separa mediante un rascador radial, cayendo por entre las acanaladuras sobre un transportador.

Los filtros de tambor rotatorio y de discos suelen hacerse de madera o de fundición de hierro, pero pueden hacerse también de cualquier otro material que pueda trabajarse y resulte adecuado por sus demás características.

3.2.4.7 FILTRO DE SUCCIÓN DISCONTINUO Un filtro de succión discontinuo o por cargas contiene una serie de modificaciones.

Generalmente está constituido por un medio filtrante tendido sobre una cámara redonda o caja en la que pueda hacerse el vacío. Los sólidos quedan sobre la tela; el filtrado se extrae de la cámara de succión después de interrumpir el vacío. El filtro de bolsas de Moore es una modificación o forma diferente del filtro de succión por cargas; está constituido por cámaras estrechas, planas, rectangulares, agrupadas en conjuntos de 6 u 8, que pueden hacerse descender hasta que penetran en un depósito que contiene la suspensión que ha de ser filtrada.

Mediante aplicación de succión, pasan los líquidos a través de la tela filtrante, mientras que la torta de filtración se acumula en la parte exterior. Cuando la torta alcanza el grosor que se desee, se levantan las bolsas, se sacan del tanque y se introducen en otro que contenga el agua o liquido de lavado, para separar después la torta mediante rascadores o chorros de agua. La torta se sigue elaborando posteriormente.

3.2.4.8 FILTRO ROTATORIO HORIZONTAL El filtro rotatorio horizontal tiene una especie de artesa giratoria con compartimientos de forma de mufla y una válvula automática rotatoria que permite separar el filtrado y las aguas de lavado. La alimentación de la suspensión por filtrar se hace por el centro; la torta seca se separa mediante un rodillo giratorio.

En este filtro se suma a la acción de la gravedad la de la succión, y la capacidad hidráulica es considerable.

En muchas operaciones sucede que los sólidos carecen de valor, pero el filtrado debe ser claro y cristalino. Para conseguir que sea así se hace necesario que el filtro de succión extendido sobre el tambor sea cubierto previamente con tierra de diatomeas, a través de la cual debe pasar el filtrado. Las partículas en suspensión, difíciles de filtrar, se detienen por medio de esta capa y son eliminadas por raspado (cuchillo del filtro) conjuntamente con algo de la capa filtrante; el revestimiento del filtro permanece así permeable y en funcionamiento. También pueden conseguirse resultados análogos mediante los filtros verticales de presión con bolsas filtrantes, que tiene verticales el cilindro y también las bolsas. Las bolsas, que pueden revestirse de antemano, se elevan y sacan después de abrir el filtro.

El filtro de reborde está constituido en esencia por una pila de discos metálicos que tienen cierto número de grandes aberturas colocadas regularmente de forma que den origen a la formación de canales. Los discos se encuentran separados por espaciadores que varían, en cuanto a grosor, entre 0,0035 y 0,062 pulgadas (0,089 y 1,56 mm) Los discos y los espaciadores se encuentran apilados en el centro del recipiente. Pueden girarse mediante un mango que se proyecta verticalmente saliendo de la caja. Se monta sobre un eje vertical una pila de hojas limpiadoras que se encuentran separadas entre sí por los correspondientes

espaciadores (o diafragmas). Cuando se hace girar la pila central, cada hoja barre una corta distancia del espacio que queda entre los discos. El aceite o el líquido que tenga que limpiarse rodea la pila de discos. Cuando el filtro está en acción las partículas que forman la suspensión alcanzan los rebordes de los discos y se detienen en ellos, a causa de que el espaciado es demasiado pequeño para dejarlas pasar. El líquido limpio se desliza a través de los canales interiores verticales y de ellos pasa a una salida que está situada en la parte más alta de la cubierta. Con el fin de limpiar el filtro, se gira el mango, lo que hace a su vez rodar al cartucho, permitiendo que las hojas fijas limpien los bordes filtrantes. Los productos que hablan quedado detenidos en los mismos caen y se acumulan en un colector que existe en la base de la cubierta y que se vacía de vez en cuando, a largos intervalos. Durante la operación de limpieza no se interrumpe la corriente de líquido.

3.2.4.9 FILTROS DE CÁMARA DE PRESIÓN Están formados por una serie de bastidores filtrantes (hojas) suspendidos dentro de una cámara de presión y se manejan de modo que las diferentes tortas filtrantes no se pongan en contacto. En los diferentes tipos las hojas son fijas, de forma rectangular o circular y se pueden suspender paralela o transversalmente al eje del recinto cilíndrico. El cilindro tiene una cabeza móvil y las hojas se pueden separar para descargar la torta.

Los filtros de caja son relativamente caros y, por lo tanto, tienen que justificarse por otros factores: Reducción de trabajo, mejores condiciones para lavar la torta, mayor duración del medio filtrante, menos peligro de pérdidas y mayores facilidades de limpieza.

3.2.4.10 FILTROS DE VACÍO Los Filtros de vacío tienen como presión diferencial, aparte la presión hidrostática debida a la gravedad, un incremento adicional creado mediante un vacío por debajo del medio filtrante. Según la forma de trabajo, se dividen en intermitentes y continuos. Entre los primeros se encuentran los depósitos de fondo falso y dispositivos parecidos a los detallados como filtros de gravedad, pero con la creación de un vacío que tiene por objeto acelerar la filtración.

Los filtros de vacío intermitentes del tipo hoja estacionaria consisten en una serie de hojas verticales trabadas entre sí como un sistema único (cesta) con conducciones de filtrado reunidas en un colector común. Esta cesta se sumerge en un depósito abierto en el que se encuentra la papilla y se conecta a un sistema de vacío mediante una manga flexible; cuando se ha formado la torta adherente se traslada la cesta a uno o más depósitos de agua para el lavado, luego se saca para secarla y finalmente se lleva a una tolva en donde se descarga aplicando una presión donde antes se hizo el vacío.

3.2.4.11 FILTRO ROTATORIO DE DISCOS Los filtros rotatorios de discos son parecidos a los de tambor en su funcionamiento general, pero la están formados con discos divididos en sectores y con un medio filtrante a cada lado. Dentro del depósito de filtración se disponen una serie de discos montados verticalmente sobre un árbol horizontal que actúa como conducción para el filtrado.

Los filtros de discos resultan menos costosos por unidad de superficie filtrante que los de tambor, pero, debido a su posición vertical, es más difícil de conseguir con ellos tortas bien escurridas, consistentes y que se puedan lavar con facilidad.

Para sólidos de peso especifico elevado se emplean discos horizontales aislados, así como bandas sin fin que pasan sobre cajas de succión. La capacidad de todos los tipos de filtro descritos se da en litros de filtrado o kilos de sólido seco por hora o día y por unidad de superficie.

3.2.4.12 FILTRO ÓSMOSIS INVERSA La ósmosis es un proceso consistente en el flujo espontáneo de un líquido hacia una disolución concentrada, a través de una membrana semipermeable que impide el paso del producto disuelto y sin embargo, permite la circulación libre del disolvente. Por ejemplo, si se tiene en un recipiente en el lado izquierdo agua y en el derecho una solución azucarada separadas por una membrana semipermeable.

El agua pasa hacia la solución azucarada lo que hace aumentar el nivel en el recipiente al lado derecho de ésta última, hasta que la presión creada por ese aumento de nivel establece un punto de equilibrio entre el agua que pasa en un sentido y en otro. Cuando sobre la solución concentrada se ejerce una presión superior a la presión osmótica que se acaba de describir, las moléculas de agua son forzadas a pasar a través de la membrana semipermeable, lo que de hecho supone que se está concentrando dicha solución azucarada. Si esa solución azucarada es un mosto de uva o un zumo de naranja, se está concentrando a temperatura ambiente sin recurrir al empleo de concentradores por vapor que pueden caramelizarlo, además de hacerle perder aromas. Un ejemplo de éste tipo de filtración se ve en la figura No.3-8

Figura No 3-8 Filtro de ósmosis inversa 3.2.5 CENTRÍFUGA.

La tercera clase de aparatos que se utilizan para la separación de los sólidos y líquidos está integrada por las máquinas centrifugas. Los que empezaron a utilizarse antes y que siguen siendo muy utilizados aun hoy son los separadores centrífugos de operación discontinua o por cargas; Su uso fundamental consiste en la separación de las aguas madres de los cristales introduciéndolos en cestos perforados para someterlos a la acción de la fuerza centrífuga, pudiendo ser lavados a continuación mediante una lluvia de agua de corta duración. Para evitar el trabajo de sacar a pala los cristales, la cesta está hecha de forma que tiene una abertura en el fondo, que se tapa mediante una placa corredera, de modo que los cristales puedan caer a una cinta transportadora, por ejemplo. El cesto perforado se encuentra rodeado de una carcasa que detiene y recoge las aguas madres y las aguas de lavado. En las industrias de proceso químico la cesta de la centrífuga se suele encontrar suspendida. Cuando existan varias, pueden accionarse mediante un eje transversal con correas de transmisión a cada una de las cestas, o bien cada una de las centrífugas puede tener su propio motor individual. Ambos

sistemas tienen ventajas, pero el último va ganando popularidad, en parte por el hecho de que, cuando falla un motor, solamente queda inmovilizada una de las cestas. Ver figura No. 3-9

Figura 3-9 centrifugadora Para que gire con suavidad es necesario que la carga quede repartida homogéneamente por toda la cesta que gira rápidamente. Cuando la cesta tenga 100 cm de diámetro y gire a una velocidad de 1.450 rpm, con lo que la fuerza centrífuga llega a hacerse 1.000 veces mayor que la de la gravedad, los desequilibrios pueden llegar a ser muy serios, lanzando la cesta fuera de su órbita.

La suspensión que quede por encima es causa de oscilaciones que absorben los cojinetes y rodamientos.

Casi todas las centrifugas que se utilizan en las operaciones de producción elevada, tales como las de la industria azucarera, son de control automático; el operador abre las válvulas que dan entrada a la masa cocida y carga la cesta; ésta gira a una velocidad que crece gradualmente de 300 a 900 rpm. La suspensión, que tiene un 50 % de sólidos, se distribuye de por sí en la cesta, que gira suavemente, tan rápidamente como entra. La cesta se deja casi llena. El operador se separa y pone en funcionamiento otra cesta, mientras un dispositivo de relojería abre la válvula del agua de lavado después de que la centrífuga alcanza su velocidad Máxima, 1.800 rpm, aplica después el freno y detiene la máquina. El aperador vuelve, descarga los cristales mediante un rastrillo manejado a mano.

Después vuelve a colocar la válvula en el fondo de la cesta y da comienzo a un nuevo ciclo. El ciclo dura 2,5 minutos. Si la cesta tiene 90 cm de diámetro y 60 cm de profundidad, la carga de azúcar que se acumula en ella es de unos 250 Kg. Las cestas de las centrifugas se fabrican de acero, acero forrado de caucho, bronce, acero inoxidable o aleaciones especiales.

En los separadores centrífugos las cestas no tienen perforaciones ni en las paredes ni en el fondo y rebordes superiores, pero por su construcción son de forma semejante a la de las cestas perforadas. Cuando la cesta gira los sólidos son lanzados contra las paredes, mientras que los líquidos, incapaces de pasar a través de las paredes laterales, ascienden hasta el borde superior y pasan al otro lado de la misma, fluyendo hasta colector. Mientras tanto los sólidos se acumulan sobre las paredes. Se vacía el colector de líquidos y después, mediante un rastrillo, se sueltan los sólidos y se hacen que caigan a través de la abertura del fondo. Para impedir que se formen “olas de marea” que podrían desequilibrar la parte móvil, se disponen unas paredes deflectoras de forma anular en la misma.

Este tipo de separadores con “cesta no perforada” se escoge para aquellas suspensiones que no filtren, mientras que las papillas que filtren con facilidad deben tratarse con centrífugas de cesta perforada.

Tanto unos como otros tipos de centrífugas pueden construirse también con motor en la parte inferior.

3.2.6 SEPARADORES CENTRÍFUGOS DE OPERACIÓN CONTINUA

La industria tiene a su disposición varios tipos de separadores centrífugos construidos para el trabajo ininterrumpido; difieren en cuanto a su construcción y adaptabilidad, encontrándose así que cada uno sirve preferentemente para un problema determinado.

El separador continuo de Merco tiene un rotor macizo, suspendido y movido desde la parte superior, que gira dentro de una carcasa. La alimentación de la suspensión por centrifugar penetra por la parte superior. El movimiento giratorio separa los sólidos, que son impulsados hacia la parte más externa del rotor, y salen acompañados de una cantidad predeterminada de líquidos a través de toberas, dispuestas en número de 20 en la periferia del rotor, y de éstas pasa a un tubo de salida inferior. El líquido pasa a través de los álabes anulares, inclinados, más próximos al centro del rotor y alcanza un orificio de salida superior en que termina un tubo colector.

En los tipos mayores con capacidad de 350 gpm, la velocidad del rotor puede alcanzar 2.000 rpm; en los tipos más pequeños, que tienen, por ejemplo, un rotor de acero inoxidable en una carcasa de bronce a prueba de ácidos y con una capacidad de 10 gpm, el rotor gira a velocidades de 6.000 rpm y superiores. Los últimos modelos tienen boquillas para la salida de la papilla espesada que se pueden reemplazar desde el exterior. El separador continuo de Merco puede

concebirse como un concentrador con depósito prácticamente instantáneo. La pulpa concentrada procedente del mismo puede pasar a un filtro para proseguir su deshidratación.

La separación de partículas de los tamaños deseados, la separación de dos sólidos de tamaños diferentes entre si, tales como, por ejemplo, el gluten y el almidón, son operaciones que se realizan con extraordinaria eficacia. Es posible recircular una porción del líquido que sale por la parte inferior, o bien introducir agua de lavado. En los últimos modelos un elevador hidráulico, que forma parte del conjunto, permite el acceso directo al rotor y sus válvulas.

En la Figura 3-10, se muestra el despiece de un separador centrífugo a la izquierda y a la derecha su apariencia externa.

Figura 3-10 Centrifugas El aparato de la Baker Perkins, Centrífuga Continua tiene una cesta perforada que gira en tomo a un eje horizontal y está en un extremo del árbol vertical. La papilla que penetra en el aparato se separa en los sólidos que retiene la cesta, y el líquido, que escapa a través de las perforaciones y de espacios preparados adecuadamente en la carcasa. No se utilizan para la descarga de la torta rascadores, rastrillos u otros dispositivos. La torta se separa mediante una serie de pequeñas sacudidas muy numerosas (por ejemplo, 15 a 30 por minuto, en el caso de los tamaños más pequeños, y 8 a 16 para los más grandes), comunicadas por un impulsor accionado por un servomotor que forma parte del árbol principal. El impulsor arrastra el embudo interior sobre lóbulos igualmente espaciados y lo hace

girar. En virtud de su forma hace que la papilla se acelere gradualmente, de modo que los cristales que sean frágiles no experimenten fracturas, lo que sucedería si la aceleración fuera repentina. Cuando el impulsor avanza, empuja la masa que forma la torta a lo largo de la longitud de un impulso (37 mm en los tamaños de tipo medio); en el movimiento de retroceso deja espacio en el que penetra la papilla, llenándolo pronto de sólidos, de modo que durante el impulso siguiente la torta es impulsada de nuevo hacia delante. Durante su recorrido puede someterse a una lluvia de lavado, si se desea; después continúa, desecándose en el tiempo intermedio hasta el borde exterior del tambor filtrante, desde donde cae a la carcasa colectora de papilla. El rendimiento en torta o en cristales varia con el tamaño de la centrífuga, desde una fracción de tonelada a 24 toneladas por hora.

Depende, además, de la proporción de sólidos existentes en la papilla, de la naturaleza de sus cristales y de la velocidad de alimentación.

El Clarificador Centrifugo de Baker Perkins, que es también de operación discontinua, se utiliza para el tratamiento de suspensiones que no puedan filtrarse.

Su tambor no perforado, que se encuentra sobre un eje horizontal, se llena mediante papilla; cuando gira el recipiente los sólidos son lanzados contra las paredes laterales, mientras que el líquido claro se separa a través de un tubo que sale de la superficie y está situado en el centro de ésta aproximadamente. Los sólidos se separan mediante la acción de un cuchillo separador que es accionado hidráulicamente. Después de esta operación el recipiente se llena de nuevo con papilla y se repite el ciclo. Si la cantidad de sólidos en suspensión es pequeña, el recipiente puede llenarse varias veces antes de separar los sólidos que se hayan recogido. También existe el método del desbordamiento, en el que la papilla se introduce durante períodos de varias horas; resulta adecuado en aquellos casos en que las cantidades de sólidos por separar son pequeñas y, además, su sedimentación es rápida. El Clarificador B-P también resulta adecuado para la separación de dos líquidos no miscibles que difieran en cuanto a sus densidades.

CAPITULO CUATRO

EQUIPOS DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO Y TAMIZADO

CAPITULO CUATRO OBJETIVOS ESPECÍFICOS

•

Conocer e identificar el principio de funcionamiento y operación de los equipos de reducción de tamaño y tamizado.

•

Identificar los componentes de los equipos de reducción de tamaño y tamizado.

•

Adquirir criterios para la selección adecuada de un equipo de reducción de tamaño y tamizado.

4. EQUIPOS DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO Y TAMIZADO 4.1 generalidades La reducción del tamaño de los sólidos, es la operación por medio de la cual los sólidos son cortados o partidos en partes más pequeñas, Sea el aplastamiento, trituración, quebrantamiento, pulverización o rotura de sólidos sea la fragmentación, desgajamiento, partición, desmenuzamiento, molienda, las operaciones para reducir el tamaño de las materias sólidas tienen a menudo dos objetivos: adecuar el material para una posterior aplicación como la producción de harinas para la preparación de pan, ó aumentar la superficie para posterior reacción, como se tiene para la cocción de alimentos en pequeños trozos.

También se puede recurrir a reducir el tamaño como fase previa para regularlo, para separar los materiales o para volver a combinarlos en una nueva forma o simplemente como medio para formar un producto que se maneje mejor que la materia prima original.

Todos los métodos de reducción de tamaño se basan en uno o más tipos de mecanismos.

Acorde a los tamaños de las piezas a manejar la reducción de tamaño se clasifica en: • Trituración, para tamaños grandes • Molienda para tamaños medianos entre1 milímetro a 5 centímetro y • Pulverización para tamaños menores a 1 milímetro.

El corte de carnes , si bien se clasifica como molienda, maneja muy diversos tamaños en el procesamiento de las canales.

Para realizar la reducción de tamaño se requiere aplicar fuerzas que superen las resistencias de los materiales y esto da lugar a otra clasificación, para los equipos que actúan por: • Compresión o aplastamiento • Torsión o Atrición (Abrasión) y • Cizalladura o Corte Los trituradores cuyos equipos más representativos son el triturador de mandíbula y el triturador giratorio, rompen por presión directa sobre el material, que cogen entre una superficie fija y la mandíbula movible y prácticamente no se emplean en la industria alimentaria

En el triturador de mandíbulas, la pieza movible tiene un movimiento de vaivén sobre un espigón contra una superficie fija. En el triturador giratorio una mandíbula en forma de tapón gira dentro de un encaje cónico fijo.

Ambas trituradoras se fabrican en menor tamaño, con el fin de triturar productos intermedios. Sin embargo, en este campo tienen una enorme competencia con el molino de martillos, triturador de impacto indescriptiblemente ruidoso, pero de una eficacia excelente; y con el molino de rodillo sujeto con mordazas, en el que se utilizan ampliamente tanto rodillos simples como dobles para esta operación.

Cuando se trata de moler o pulverizar finamente, la capacidad del equipo para manejar el material se reduce considerablemente. Parte de esta reducción de capacidad es atribuible directamente al hecho de que la mayor parte de la trituración fina se obtiene por abrasión, viniendo considerablemente limitados los otros tipos de acción a las máquinas que manejan materiales mayores.

Probablemente la máquina que con mayor profusión se utiliza para moler finamente es el molino de bolas, en el cual, junto con el material que se ha de moler, giran bolas de acero y porcelana endurecida dentro de un recipiente giratorio en forma de tambor. Las bolas del molino pueden reemplazarse por varillas de acero para formar el molino triturador de barras.

También se emplean mucho los trituradores de cilindro en los que el material se tritura entre las superficies de cilindros de acero que giran a igual velocidad o a velocidades diferentes, o una cualquiera de las diversas máquinas en las que el material se tritura por cilindros, bolas u otros elementos de trituración que se originan al rodar contra partes macizas fijas.

Los molinos del tipo Buhrstone y molinillo de café, en los que la sustancia se muele entre superficies en movimiento (deslizantes) y fijas, encuentra considerable aplicación para la pulverización muy fina.

Recientes adiciones para muchas máquinas para triturar finamente son los molinos a chorro y pulverizadores rápidos, en los que la trituración se realiza por la turbulencia extrema que se crea en cámaras de forma especial por chorros de vapor o de aire.

El diseño de las máquinas para reducir tamaños de substancias fibrosas de ordinario pone a prueba el ingenio del proyectista de la maquinaria de trituración.

Muchas substancias fibrosas, tales como el caucho, trapos, papel, residuos plásticos, cuero, madera y cortezas de árboles y desechos agrícolas como paja, cascarillas de cereales, residuos de cañas y substancias similares, tienden a resistir los esfuerzos más específicos para reducirlos de tamaño, especialmente a tamaño uniforme. Estas substancias pueden responder a tratamientos mecánicos del tipo del corte, desgarramiento, batido y, hasta cierto punto, frotamiento. El corte es, con mucho, el método más útil y sería ideal para muchas aplicaciones si no fuera por el hecho de que algunos materiales no están limpios y porque los cuchillos se embotan rápidamente.

Los cuchillos sin filo o los batidores despuntados darán el trillado y cortado requerido para desintegración de algunas substancias, y los molinos de frotamiento, que tienen superficies rugosas o muy rugosas, pueden utilizarse para la reducción del tamaño de otras. Las técnicas de explosión y pulverización rápida para desintegrar materias fibrosas han resuelto muy eficazmente estos problemas a diversas industrias.

A muchas substancias fibrosas se les da un tratamiento previo del tipo de una cocción suave, vaporización a presión y operaciones similares, para reducir la energía necesaria para su desintegración, para reblandecerlos y disminuir, en consecuencia, el desgaste de los cuchillos y evitar la fragilidad, que en los materiales secos origina excesiva cantidad de polvos durante su desintegración.

Los llamados molinos de martillos se utilizan tal vez más que cualquier otra máquina para la desintegración de los materiales fibrosos. Estos molinos, en lugar de tener los pesados martillos macizos de los molinos de martillos del tipo del triturador de rocas, suelen tener barras o cuchillos, mantenidos en posición por la fuerza centrífuga y colocados para que pasen entre un segundo grupo de cuchillos que apuntan hacia el interior desde la carcasa de la máquina. Estas máquinas dan excelente servicio para manipular una amplia variedad de substancias fibrosas.

Se han desarrollado muchas máquinas para cortar substancias por una acción de cizallamiento de una hoja de cuchillos paralelos al eje de rotación. En estas máquinas los cuchillos, o bien giran libremente, o están unidos rígidamente a un rotor y fijados de modo tal que el lado cortante es paralelo al eje del rotor en vez de perpendicular al mismo, como ocurre en el caso del molino de martillos. Estos cuchillos rotatorios se colocan para limpiar exactamente los de la hilera que sobresalen a corta distancia del recipiente del cortador, con sus lados agudos paralelos al eje del elemento que gira. El corte ocurre cuando los cuchillos se entrecruzan.

Varias grandes industrias están un tanto vinculadas íntimamente con la producción de sólidos fina o bastamente divididos, obtenidos a partir de materiales blandos o fibrosos. Tales industrias han desarrollado normalmente las máquinas de carácter especial que mejor se adaptan a sus requerimientos particulares.

En la elaboración industrial del azúcar de remolacha, las remolachas se reducen a rodajas (cosetas). Esta operación la realiza un cortador (rebanador de remolacha) que dispone de unos cuchillos diseñados para dar la forma deseada al producto dividido.

Se opera bien por vía seca por tratamiento del material con o sin insuflación de aire o por vía húmeda por tratamiento del material mezclado con una cierta cantidad de agua y recogiendo el producto molido en forma de pulpa.

En la industria de cereales, específicamente en la producción de harinas se utilizan ciertos molinos de cono, molinos de cilindros lisos y molinos de martillos articulados. Se emplean también otros equipos de percusión, donde se ponen en juego otras técnicas, entre las cuales la caída libre, la articulación, por vibraciones

y las acciones combinadas. La presentación de uno de estos molinos se ve en la figura 4-1

Figura no 4-1 Molino para cereales 4.2 molinos.

Los molinos más empleados en la industria de alimentos, son los de • Martillos • Barras, Bolas • Rodillos 4.2.8 MOLINO DE MARTILLOS El molino de martillos contiene una serie de discos (5, por ejemplo), montados sobre un eje horizontal, que lleva en su periferia una serie de pequeños martillos (unos cuatro por disco), los cuales tienen libertad para oscilar en torno a un eje. La parte superior de la caja tiene una tolva de alimentación y la placa de ruptura. el material que se quiere fraccionar se desliza lentamente sobre dicha placa, donde es golpeada por los martillos en rápido movimiento giratorio, y queda finamente fragmentada; los fragmentos giran hacia la parte inferior y son lanzados contra una rejilla. La capacidad de un molino de martillos es muy grande.

figura 4-2 Molinos de martillos Un molino de martillos quebrantadores oscilantes de tamaño medio es capaz de suministrar material a razón de 12 a 15 toneladas por hora a través de rendijas de 1/2 cm aproximadamente. Con ligeras modificaciones, el molino de martillos puede convenirse en máquina desfibradora actuando sobre residuos de cortezas o caña de azúcar. Algunas de sus aplicaciones son: Trabajo pesado en trituración y molienda de granos, maíz, trigo y toda clase de cereales, semillas oleaginosas y condimentos y especias.

Los molinos se construyen en varios tamaños lo cual se cubre una amplia gama de capacidad de molienda.

4.2.2 MOLINO DE BARRAS.

Una variación del molino anterior es éste que está constituido por un tambor cilíndrico de lamina reforzada, horizontal, unido a dos fondos abombados solidarios a dos muñones (ejes gruesos y cortos) hueco . Los muñones reposan sobre cojines lubricados de rótula soportados por bancadas de hormigón. El movimiento está asegurado por una gran corona dentada, con piñón de acero y grupo motorreductor de velocidad, por trenes de neumáticos de eje horizontal, actuando por fricción sobre caminos de rodadura lisos que rodean exteriormente al cilindro, con neumáticos de guía de eje vertical.

El interior del molino está equipado con revestimientos de desgaste o blindajes de gran espesor en fundición o acero al magnesio. El cilindro está cargado de barras cilíndricas de acero duro, de longitud ligeramente inferior a la del interior del molino. Estas barras arrastradas por la rotación del tubo, ruedan unas sobre otras, y su movimiento rotativo engendra una acción intensa de molienda.

Según el movimiento tenga lugar por vía seca o por vía húmeda, se utiliza: - Alimentación directa por tubo inclinado (vía seca y vía húmeda) - Alimentación por conducto tubo vibrante (vía seca y semi-húmeda) - Alimentación por vertedor simple o doble (vía húmeda) Una de sus aplicaciones se encuentra en los cereales, las harinas producidas por el molino cilíndrico de barras tiene un excelente coeficiente de forma y una curva granulométrica que se aproxima sensiblemente a los usos teóricos.

4.2.3 MOLINO DE BOLAS

El molino de bolas consiste en un cilindro de acero que descansa horizontalmente apoyado sobre pedestales y gira alrededor de su eje horizontal. Este cilindro contiene en su interior un medio triturador adecuado, tal como fragmentos de pedernal.

Figura 4-3 Molino de bolas El material que se quiere moler se introduce en el cilindro a través de un registro situado en el centro de una generatriz del cilindro que se cierra después herméticamente. Se mantiene el molino girando durante un período variable y después se descarga a través una abertura opuesta, con mallas adecuadas para dejar pasar el material molido, pero suficientemente estrechas para retener los bolas.

El molino gira por la acción de un engranaje circunferencial, mediante correas de transmisión planas o en forma de V múltiple, o bien por medio de rueda dentada y cadena articulada. En la industria es frecuente que el molino esté provisto de un engranaje externo, es decir, un engranaje situado por fuera de los pedestales que

sirven de soporte, de forma tal que el molino pueda cubrirse convenientemente con una funda cuando sea necesario.

La diferencia esencial entre un molino de guijarros y uno de bolas radica en la naturaleza del agente demoledor; el molino de bolas, en lugar de guijarros de pedernal, tiene bolas de acero o de porcelana, o bien de material sintético de elevada densidad. Para evitar el deslizamiento de las bolas de acero a lo largo de las paredes interiores del molino, suelen retener éstos en su interior, soldadas a las paredes interiores del cilindro, unas barras deflectoras de tipo de onda o bien unas barras deflectoras modificadoras de la velocidad. Con la ayuda de estas barras deflectoras se consigue que el tiempo de molienda quede disminuido.

El molino de bolas o de guijarros puede adaptarse para el trabajo continuo dotándole de muñones huecos, y alimentándolo por un lado y descargándolo por el otro.

4.2.4 TRITURADORA ROTATORIA

La trituradora rotatoria tiene un elemento central giratorio exactamente centrado en su tolva de forma de cono invertido. Los elementos giratorios y la carcasa tienen dientes o nervaduras. El desintegrador de jaula de ardilla tiene un elemento con un eje horizontal que gira en una dirección mientras una segunda caja, de diámetro ligeramente inferior y que encaja en el interior de la primera, gira en sentido contrario. La carga se suministra por el centro de la caja más pequeña.

4.2.6 MOLINO DE CILINDROS

Este equipo es utilizado en la molienda de algunos cereales como centeno, trigo, cebada, avena, maíz, soja, arroz y otros, con el fin de obtener harinas panificables, además, puede ser empleado para el machacado del grano de centeno ya limpio, en la línea de moltura de este cereal y también puede aplicarse para la trituración de sal, azúcar, etc.

El molino de cilindros básico, se compone de: •

dos secciones de trituración independientes, ubicadas en un cuerpo común.

Figura 4-4.

• •

Cilindros trituradores (uno fijo y uno regulable), estriados o lisos.

Tolva de carga con ejes de alimentación y sistema de regulación de la hendidura de alimentación.

-Sistema de conexión y desconexión y regulador de la hendidura de moltura.

-Cepillos de limpieza de los ejes.

-Ventanilla, puerta, protecciones y accionamiento.

-Transmisión por engranajes entre cilindros.

• • • •

FIGURA NO 4-4 MOLINO CILÍNDRICO Funcionamiento: El grano, mediante la tolva de carga cae en los ejes de alimentación, los cuales conducen el grano a todo lo largo del molino, de donde es trasmitido de modo uniforme, en flujo continuo, a la zona de trituración. Los cilindros trituradores tienen la superficie de trabajo adaptada al tipo de trituración del grano y giran con diferente velocidad circunferencial (igual velocidad circunferencial, solo durante el prensado). El grano, una vez triturado, cae en el recipiente de vaciado, de donde es conducido hacia abajo por un sistema de transporte separado.

Para el sistema de transmisión de potencia se utilizan motores y reductores de diferentes potencias y revoluciones, respectivamente, según las aplicaciones algunos utilizan un sistema de refrigeración en los cilindros como en el caso de los cereales. Este sistema contrarresta el calentamiento del grano a una temperatura excesiva, lo cual provocaría, durante la moltura, el secado excesivo e indeseable del grano, que incluso pueden afectar las propiedades de horneado. El agua es inyectada por la boquilla de los tubos que se encuentran en el interior del cilindro, el agua caliente sale del cilindro por la parte exterior del circuito del tubo de evacuación.

Ventajas del molino de cilindros: Alto rendimiento, Cambio rápido y fácil de los cilindros, Regulación automática de la ranura de alimentación, Limpieza fácil y rápida del espacio sobre los ejes de alimentación, Buena observación del trabajo, a través de la ventanilla y de la campana.

En la figura No 4-5 se observa una aplicación de molino de rodillos para malta en donde por 1 se encuentra la salida de harinas, 2 la de cáscaras y 3 y 4 harinas.

Figura No 4.5 Molino de rodillos para malta.

4.2.7 MOLINO DE CONO

El molino de cono está construido de tal forma que funciona más por efecto de atracción de las partículas tratadas que por aplastamiento, con este fin, la cámara de molienda está constituida, por dos mandíbulas cónicas, una móvil y otra fija, pero en forma de cono muy achatado. La pequeña pendiente así determinada, no permite al material más que un flujo lento, lo que mantiene permanente un lecho de partículas que el empuje ejercido por la mandíbula móvil obliga a un rozamiento intensivo de unas contra otras durante toda la duración de su paso por la cámara de la molienda. Esta poderosa atracción impide la formación de partículas laminares y el producto presenta buen coeficiente de forma.

4.2.10 MOLINOS LAMINADORES.

De construcción robusta, provistos de 1 ó 2 pares de cilindros lisos de fundición endurecida, soportados por grandes rodamientos de rodillos esféricos.

Alimentación mecánica o por vibrador, asegurando una distribución regular de la materia sobre todo lo largo de los cilindros. Regulación hidráulica de la presión entre los cilindros, regulación micrométrica instantánea del espesor de los copos,

libre acceso a las partes internas y fácil desmontaje de los cilindros. Transmisión silenciosa por correas en V. Cuenta además con dispositivo automático de rectificación de los cilindros, sin necesidad de desmontaje. Capacidades unitarias hasta 250 toneladas por par de cilindros.

4.3 otros equipos de reducción de tamaño 4.3.1 DESINTEGRADOR DE PULPA

El desintegrador de pulpa es una máquina utilizada para la reducción de tamaño en una o varias etapas, está constituida por: Tolva de alimentación y descarga en acero inoxidable, estructura de soporte de dos rotores en acero inoxidable, dos rotores o martillos fijos soportados por ligamentos auto compensadores, dos motores eléctricos con transmisión por poleas y correas trapezoidales. El tamaño de las partículas de rallado producidos puede variar con simples cambios de troqueles en función de los diferentes tamaños. El proceso de desmontar la máquina es rápido, en consecuencia las operaciones de limpieza se realizan, con eventuales sustituciones de las cuchillas de corte.

Un ejemplo de ésta máquina es la desintegración de almendra de coco en la producción de rallados o en flecos, la desintegración se realiza en dos fases: La primera reduce la almendra en pedazos, la segunda fragmenta los pedazos, calibrados al atravesar una moldeadora con formas preestablecidas.

4.3.2 DESPULPADORA

Este equipo es muy utilizado en la industria de frutas ya que los productos pasan a través del tamiz por sus respectivas perforaciones, por medio de un agitador el cual gira a alta revolución, lo que hace pasar los productos por el efecto centrífugo a través de las perforaciones. Todos los desechos como cáscaras y semillas salen por el orificio superior. Los tamices se seleccionan de acuerdo con el tamaño de la semilla del producto por despulpar. Se fabrica totalmente en acero inoxidable, los raspadores de caucho o banda sanitaria regulables según la perforación y el producto, los tamices son de intercambio sencillo y desmontables fácilmente para sus respectivos lavados.

Algunas de sus aplicaciones se encuentran en: • • • •

-Extracción de pulpa de fruta -Extracción de pulpa de tomate y vegetales cocidos -Refinación de pulpas de vegetales y frutas -Producción de compotas, purés, etc.

Este equipo se puede encontrar en disposiciones horizontales y verticales, según

su aplicación ya que para manejo de volúmenes altos es conveniente la horizontal.

Todos los materiales están fabricados en acero inoxidable.

4.3.3 DESPULPADORA MANUAL

Esta despulpadora consiste en un molino el cual tiene una tolva superior, por donde es alimentado con la materia prima, la que pasa a través de un filtro agujereado extractor de la pulpa en forma de cono cuyo interior esta compuesto por un tornillo sin fin el que es accionado por una manilla en sentido horario. Esta despulpadora puede servir para diferentes tipos de frutas sólo se debe cambiar el filtro del cono, dependiendo de que tan pequeña sea la semilla. Otra característica de la despulpadora es su fácil instalación, ya que sólo se necesita una mesa o superficie lisa, fijándose a ella mediante una prensa. También cabe mencionar que esta despulpadora puede ser accionada mediante un motor, el que se conectara cuando se requiera, para así agilizar el proceso.

Operaciones de funcionamiento.

• Lavar, si es posible, con agua caliente los componentes del aparato.

• Armar el aparato.

• Ponerlo en la esquina de una mesa, asegurándolo con la prensa apropiada.

• Lavar con agua limpia y dejarla escurrir.

• Poner una olla limpia arriba de un banquito y por debajo del plástico deslizante.

• Poner una bandeja arriba de la mesa y por debajo de la boquilla de salida de los desechos.

• Llenar hasta la mitad la tolva de alimentación con la materia prima, a temperatura ambiente o con el producto semiprocesado tibio, nunca hirviendo.

• Ejercer sobre el producto una cierta presión con una cuchara de madera para facilitar la entrada de la materia prima en el cuerpo del aparato.

• Empezar a girar la manilla en sentido horario con una mano, presionando con la otra la materia prima con una cuchara.

• De vez en cuando sacar con la cuchara del filtro la pulpa que se haya quedado en él.

• Volver a pasar a través del aparato los desperdicios que se han ido juntando en la bandeja para aumentar el rendimiento.

• Desarmar el aparato al terminar la extracción de la pulpa.

• Lavar, si es posible, con agua caliente, las piezas del aparato.

• Secar con un lienzo seco y limpio las piezas antes de ponerlas en el almacén.

Nota: Para un buen funcionamiento del aparato, evitar girar la manilla con el equipo vacío.

Un ejemplo de despulpadora manual puede verse en la figura No 4-6.

FIGURA No 4-6 Despulpadora manual de tornillo.

4.3.4 REFINADORA

La refinadora trabaja con los mismos principios de la despulpadora pero, con unos tamices más finos entregando una pulpa más fina. Su aplicación se encuentra en la refinación de pulpas de frutas, la refinación de pulpas de tomate y vegetales cocidos logrando una mejor pureza de la pulpa.

El material de todas las partes de la máquina está fabricado en acero inoxidable, los tamices disponibles tienen perforaciones de diámetro de 0.8 a 1.5 mm.

Normalmente las máquinas constan de dos juegos de tamices.

4.3.5 CORTADORAS O CUTTER

Hoy en día se ofrecen modelos que trabajan al vacío. Un ejemplo de cortadoras se ve en la figura No 4-7. Otras variantes opcionales se pueden considerar de acuerdo con la demanda y en función del grado de automatización deseado y del tipo de producto por obtener podemos encontrar los siguientes sistemas opcionales:

FIGURA No 4-7 Cortadora de pan.

Sistema de control - programación: en función del grado de automatización deseado y del producto por obtener podemos encontrar las cutters con algunos o todos los sistemas de control siguientes: - Por número de revoluciones: Un sistema digital electrónico permite programar una determinada cantidad de vueltas de la cubeta, de forma que cuando se alcanza la citada cantidad, la máquina se para automáticamente.

- Por temperatura: Un termómetro digital electrónico con una sonda situada en la cámara de corte, permite leer instantáneamente la temperatura a que se encuentra la pasta.

Para productos delicados podemos prefijar una temperatura máxima que una vez alcanzada, efectúa el paro automático de la máquina.

-Por tiempo: Un temporizador digital electrónico permite programar el tiempo máximo de duración de la operación. Una vez agotado el mismo, la máquina se para automáticamente.

Sistema de velocidad lenta de mezclado. Muy adecuado cuando se quiere obtener embutidos de pasta fina con mezcla de trozos de tocino u otro aditivo granulado, o bien algún tipo de embutido curado de grando medio, cuyo tamaño se obtiene antes de haber alcanzado una mezcla homogénea de la grasa y demás aditivos.

Este sistema se puede encontrar con una o dos velocidades de mezclado.

Sistema de frenado electrónico. Actúa directamente sobre el bobinado del motor, sin roces mecánicos ni desgastes con sus consiguientes averías. Este sistema de seguridad actúa cuando se levanta la tapa o cuando se utiliza el paro de emergencia.

Sistema de tapa antisonora. De fácil manejo. Reduce considerablemente el nivel del ruido producido por las cuchillas al cortar o emulsionar.

Sistema de termómetro electrónico. Permite la lectura instantánea de la temperatura de la carne.

Hay posibilidades de incrementar el número de velocidades según necesidades o bien adecuar el número de r.p.m. a los estándar.

En el mercado existen cutters de diferentes capacidades, las cuales responden a las necesidades del usuario.

4.3.6 CORTADORA DE HORTALIZAS.

Esta máquina es construida con materiales en acero inoxidable. Boca de alimentación con palanca y boca pequeña con mazo empujador para tubérculos.

Su estructura es similar a la de una despulpadora con discos montados especialmente para esta aplicación.| Los discos cortadores son de aluminio fundido resistente: Están equipados con cuchillas de acero inoxidable con soporte de aluminio fundido. Las rejillas son asimismo de acero inoxidable de gran dureza y de tensión regulable. Con la combinación adecuada de los discos con las rejillas se pueden realizar gran variedad de cortes.

4.3.7 CORTADORA MANUAL

La cortadora manual permite realizar sin fatiga de 100 Kg. a 150 Kg. hora de tubérculo. A cada rejilla corresponde un prensador que expulsa el tubérculo cortado y libera completamente la rejilla para facilitar el corte de la siguiente.

Se utiliza aleación ligera e inoxidable. Las rejillas están construidas en acero inoxidable. El prensador expulsor en aleación de aluminio, los resortes están atrás y dejan la rejilla completamente libre, permitiendo su cómoda utilización. Los resortes son compensadores muy sensibles que ayudan a subir el prensador expulsor.

4.3.8 LICUADORA INDUSTRIAL

Este equipo tiene un diseño vertical de tanque superior y motor inferior, tanque piramidal cuadrado invertido, de acero inoxidable, acabado totalmente sanitario, el cuerpo permite una perfecta agitación, ya que las esquinas cuadradas rompen el remolino. Además, en posición de descarga, una de las esquinas sirve de vértice de vaciado. En algunos de éstos equipos las cuchillas se encuentran dispuestas en cruz, movidas por un motor eléctrico, donde el eje principal es en acero inoxidable e incluye sello mecánico y grafito, y cerámica para evitar que pase el líquido hacia el motor. La tapa superior es en acero inoxidable, con tapa auxiliar

pequeña incluida, para carga y control durante el proceso. El sistema de vuelco para descargue, por medio de palanca de acción directa sobre el eje principal con medida de seguridad, incluye un pivote que evita el vuelco accidental del vaso.

Control eléctrico con protección térmica.

4.4 TAMIZADO Esta es una operación que se realiza haciendo pasar el producto sobre una superficie provista de orificios del tamaño deseado, el aparato puede estar formado por barras fijas o en movimiento, por placas metálicas perforadas, o por tejidos de hilos metálicos. El tamizado consiste en la separación de una mezcla de partículas de diferentes tamaños en dos o más fracciones, cada una de las cuales estará formada por partículas de tamaño más uniforme que la mezcla original.

Según el tipo de material a trabajar el tamizado puede realizarse en seco o en húmedo. Para definir el tamaño de una partícula puede hacerse de diferentes modos: Si la partícula es esférica el valor representativo puede ser su diámetro, su área proyectada sobre el plano, su volumen o la superficie total de la partícula. Si tiene forma cúbica, el valor representativo de su tamaño puede ser la longitud del lado, el área proyectada, el volumen o la superficie total del cubo.

FIGURA NO 4-6 MALLA PARA TAMIZ Para medir el tamaño de éstas partículas se utilizan las denominadas mallas, las cuales son cuadriláteros que constituyen tejido de red, este tejido puede ser de pequeños anillos o eslabones de hierro o de otro metal, enlazados entre sí. Ver figura 4-6.

El intervalo es el espacio o distancia que hay de una malla o tamiz a otra. Existen una serie de tamices patrón: Se usan para medir el tamaño de partículas comprendidas entre 76.000 micrones y de 38 micrones los tamices se identifican

por el número de mallas por centímetro o pulgada. Sin embargo las aberturas reales son menores que las correspondientes al número de mallas a causa del espesor de los alambres. El área de las aberturas en cualquier tamiz de la serie es exactamente el doble de las aberturas del tamiz inmediatamente inferior.

4.4.1 TAMICES SEPARADORES DE AIRE

Muchos de los sólidos que se producen en las instalaciones de elaboración se pueden uniformar en cuanto a tamaño mediante los tamices o separadores de aire. La malla. (mesh) de un tamiz se nombra mediante una cifra que indica el número de aberturas cuadradas que existen en cada pulgada lineal en el sistema de hilos tejidos; así, 100 mesh indica un tejido de tela con cien aberturas cuadradas por pulgada lineal. Una muestra que sea calificada “- 10 + 20 mallas” tendrá partículas que se encontrarán entre limites muy estrechos de tamaño, puesto que todas ellas pasarán a través de un tamiz de 10 mallas y no lo harán a través de uno de 20 mallas. Este material se dice que está «calibrado». Un segundo método consiste en indicar la “luz” de la malla; esta luz es menor que el mesh, pues tiene que descontarse el grueso del alambre o hilo.

Cuando se trata de producciones grandes el calibrado de los cristales puede realizarse por medio de un tamiz cilíndrico, horizontal o ligeramente inclinado, giratorio, que tiene placas perforadas con agujeros circulares o en forma de rendijas o bien telas de malla muy ancha. Cuando se trata de un tamiz cilíndrico de revolución que tenga dos mallas diferentes, la primen sección, que tiene la más tupida, recibe la alimentación, permite a los finos que pasen y hace que el resto pase a la segunda sección, donde los granos de tamaño mayor pasan hacía la boca, dejando finalmente salir: por la misma los fragmentos o conglomerados mayores. Los tamices planos pueden ser de tela simple o de tela doble o múltiple, cubiertos o descubiertos, y suelen estar colocados de forma que queden un poco inclinados. Los tamices reciben un movimiento rápido en forma de sacudidas, vibraciones o de modo análogo, con el fin de impedir que las aberturas queden obstruidas y hacer que el material que no atraviesa el tamiz vaya avanzando hacia la boca de descarga. Si el tamiz es de una sola tela, se producirán dos fracciones, la que “pasa” y las “colas”. Las colas quedan sobre la superficie del tamiz. El tamiz puede estar completamente encerrado y puede ser impermeable a los humos.

En los separadores mecánicos de aire se logra separar de los granos más gruesos las partículas de tamaños comprendidos entre 40 y .400. Un separador de los más grandes, de unos 5 metros de diámetro, puede ser alimentado, por ejemplo, con 800 toneladas de material de diversos tamaños por hora y llega a separar 40 toneladas de finos por hora. Los finos son tales que, sometidos a ensayo, pasan en un 95 % a través de un tamiz de 200 mallas. El mismo separador, después de realizar, determinados ajustes, tomando una alimentación semejante de 800 toneladas / hora, puede suministrar 20 toneladas de finos que pasen en un 98 % a través de un tamiz de 325 mallas. El separador está

constituido por una cámara exterior en la que una parte cilíndrica está situada sobre una parte cónica vertical, y una cámara interior análoga, pero más pequeña, un plato distribuidor y dos ventiladores que giran al unísono, con aberturas dotadas de deflectores para el retorno del aire. justamente por encima del ventilador inferior (el deyector) hay unas válvulas planas que forman una abertura con un borde como de iris. El control se logra mediante variaciones en el número de válvulas, su posición y el número de paletas del ventilador que actúa rechazando (deyector), número que oscila entre 48, para los casos de finura extrema, y 6, pudiéndose establecer otros ajustes. La placa distribuidora despide el material de alimentación en forma de torbellino formando una cortina de polvo.

El ventilador superior fuerza al aire a pasar a través de esta cortina, y el aire arrastra consigo los finos, que son transportados así hasta el cono externo, mientras el aire retorna a través de las aberturas con deflectores a los ventiladores El ventilador deyector trabaja sobre la misma cortina de polvo; lanza las partículas más pesadas contra la caja interna y con ello hacia la parte Inferior del cono interior, y si la molienda tiene lugar en circuito cerrado, las devuelve al molino. Los separadores de aire son especialmente adecuados para librar de polvo cualquier producto, es decir, para separar los finos que sean indeseables. .

Figura 4-7 Tamizador de granos de café

4.4.2 TAMIZ PLANO VIBRATORIO

Dentro de los diferentes tipos de tamices se encuentra el plano vibratorio que es aquel que obtiene su vibración mecánica o eléctricamente, las vibraciones mecánicas se transmiten normalmente desde excéntricas de alta velocidad a la carcasa del aparato y de allí a los tamices fuertemente inclinados, las vibraciones eléctricas producidas con potentes solenoides se transmiten a la carcasa o directamente a los tamices Ordinariamente no se emplean más de 3 plataformas en esta clase de tamices.

Una aplicación de los tamizadores es la selección de los granos de café como se muestra en la figura No 4-7.

4.4.3 TAMIZ ROTATORIO

Una ultima versión de los sistemas de tamizado son los que trabajan por el principio de rotación de diferentes tambores así este contiene varias series de tamices, unos sobre los otros acoplados a una caja o carcasa; el tamiz más grande está arriba y el más fino en el fondo, todos provistos de conductos de descarga para retirar las distintas fracciones. La carcasa está inclinada con ángulo entre 16o y 30o con la horizontal, la rotación tiene lugar en un piano vertical sobre un eje horizontal por medio de una excéntrica colocada a mitad de distancia entre el punto de la alimentación y el de descarga. La velocidad de giro y la amplitud de la carrera son ajustables, al igual que el ángulo de inclinación.

4.5 Análisis granulométrico Es conveniente hablar de una técnica de control en los procesos productivos es el procedimiento por medio del cual se determina el tamaño de los sólidos después que han pasado por equipo reductor de tamaño, el tamaño de los sólidos se determina en los tamices, que constan de un cilindro y de una malla en el centro, los tamices más empleados son los estándar Tyler que se basan en un tamiz malla 200, que quiere decir, que por cada pulgada existen 200 orificios con una apertura de 0,0029 pulgadas, y con un diámetro de varilla de 0,0021 pulgadas, con base en el tamiz malla 200, se construyen los demás tamices en tal forma, que las mallas de tamices sucesivos impares, están con la relación 1 : 2 y entre dos pares sucesivas están construidas con la relación 1 : 2.

CAPITULO CINCO

EQUIPOS DE MEZCLA Y AGITACIÓN

CAPITULO CINCO

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

•

Conocer e identificar el principio de funcionamiento y operación de los equipos de mezcla y agitación

•

Identificar los componentes de los equipos de mezcla y agitación

•

Adquirir criterios para la selección adecuada de un equipo de mezcla y agitación

•

Distinguir los diferentes sistemas de mezcla y agitación.

5.1 generalidades Si bien la literatura no establece diferenciación entre mezcla y agitación en razón de que se emplean indistintamente los mismos equipos para ambos propósitos, estas son dos operaciones de aplicación diferente.

La agitación es la operación unitaria que pretende un movimiento muy rápido, con gran turbulencia para lograr números de Reynolds altos. La aplicación de la agitación es en la transferencia de calor por convección, que como bien es sabido ocurre para líquidos y gases.

Se aplica la agitación para mejorar la transferencia de calor con un efecto de mezcla de porciones calientes y frias de los fluidos involucrados en el proceso.

El mezclado es la operación unitaria que busca la homogenización de dos o más sustancias para lograr una sustancia con propiedades termodinámicas homogéneas. El mezclado se aplica a sustancias que se encuentran en el mismo o en diferentes estados.

La operación de mezcla de dos sólidos se realiza mediante mezcladores y aparatos volteadores, que se construyen de forma que sus paredes estén inclinadas de modo tal que al girar cambie continuamente la posición relativa de los diferentes sólidos que se pretende mezclar. Esto se puede lograr también mediante los mezcladores de cubeta en los que giran las piezas amasadoras y paletas. Las mezcladoras amasadoras tienen unas piezas en forma de ruedas sólidas que giran sobre sus bordes. La operación de mezcla puede realizarse también en los transportadores de tomillo y puede acentuarse mediante ligeras modificaciones de su construcción. Otros tipos de mezcladores para sólidos secos que se pueden citar son los agitadores de cintas y el Triplex Dry Blender de Patterson; la operación de mezclado se realiza como una función secundaria en los molinos de guijarros o de bolas, en los hornos de pisos mecánicos (quemadores) y en los hornos de tostación de un solo piso, como el horno mecánico de Mannheim para la torta salina.

Los líquidos de baja viscosidad se mezclan con ayuda de mecanismos de impulsión.

Entre estos dispositivos impulsores los hay de dos tipos: los que originan corrientes radiales (turbinas, ruedas de paletas o discos) y los que dan origen a un flujo axial (hélices, turbinas de paletas). En la escala industrial es muy usado el agitador helicoidal excéntrico, portátil, que se introduce por la parte superior y que actúa sobre un depósito provisto de cuatro láminas deflectoras verticales montadas sobre las paredes laterales.

También se consigue esta operación de mezcla de forma excelente y rápida en depósitos sin láminas deflectoras cuando la hélice se monta con su eje inclinado y descentrada.

Ambos métodos son adecuados para los casos en que el esfuerzo mecánico a realizar sea ligero, y poseen hélices dotadas de gran velocidad. En el caso de agitaciones que exijan grandes esfuerzos mecánicos, es necesario utilizar montajes permanentes poderosos y suele escogerse la turbina como medio de impulsión; gira a velocidades mucho menores. Los mezcladores montados lateralmente y fijos, para grandes esfuerzos, requieren un prensaestopas, y por esta razón no se instalan más que en aquellos casos en que no es posible hacer la instalación por la parte superior. Otros métodos de mezcla utilizan la circulación producida mediante tina bomba o chorro. El mezclador de Pachuca es un depósito en el que la agitación se logra mediante un tubo central de aspiración, más pequeño, en el que actúa una hélice. Entre los agitadores dotados de movimientos lentos

podemos citar el simple mezclador de paletas y el llamado agitador de compuertas, que puede combinar con el movimiento de éstas un pausado movimiento de deslizamiento.

Los líquidos de elevada viscosidad y las pastas no pueden mezclarse mediante agitadores de hélice, a causa de que el movimiento de propulsión no se transmite más que a las porciones en inmediato contacto con el agitador. Los líquidos viscosos y las pastas han de mezclarse o trabajarse mediante dispositivos que alcancen a todos y cada uno de los puntos de la masa. Los líquidos espesos pueden mezclarse o amasarse mediante un agitador de hojas múltiples que sea de forma tal que encaje en el recipiente en que trabaja, que usualmente es una caldera, y puede estar dotado además de rascadores que separen constantemente de la pared la capa que se deposite (esto tiene particular importancia si el recipiente en que se mueve el agitador ha de calentarse simultáneamente). La caldera cuenta con una serie de dientes estacionarios próximos a los móviles, por entre los que se deslizan éstos. Son frecuentes las combinaciones de paletas a diferentes altura, agitadores de tomillo y barredoras. Los mezcladores pueden utilizarse también como depósitos paja realizar los procesos de disolución.

Para mezclar pastas se suelen utilizar las amasadoras. Estas máquinas están formadas por un recipiente o taza, que puede estar dotado de camisa o desprovisto de ella y en el que la masa es agitada mediante un agitador horizontal único de velocidad reducida o bien por agitadores dobles da pequeña velocidad. Los agitadores son de formas variadas.

La operación de amasada de productos muy viscosos requiere el uso de considerables potencias, que exceden de 1 caballo por cada 20 litros . El moderno mezclador para masa de pan es un ejemplo de mezclador dotado de agitador simple. Todos los amasadores con dos brazos agitadores tienen un lomo de poca altura en su fondo, que da origen a la formación de dos depresiones semicilíndricas en el mismo; cada agitador trabaja en su propio canal. La forma de los brazos del agitador es variable; los brazos pueden ser de forma de S, de Z, de sigma o de conformación especial. Los dos agitadores se solapan y fuerzan el material a ascender por los lados y descender por el centro del recipiente, produciendo al mismo tiempo una acción de plegamiento que altera la disposición relativa de las masas. Los brazos del agitador pueden estar dotados de canales interiores por los que pueden circular líquidos de refrigeración o calefacción e independientemente de ello pueden moverse en una taza o recipiente que a su vez esté dotada de camisa.

Los amasadores de vacío facilitan la realización de estas operaciones en el vacío; permiten proceder a la desecación de una masa a medida que avanza el proceso de mezcla o bien trabajar en atmósfera de gases inertes (Baker Perkins). Muchas amasadoras están provistas de mecanismos que permiten inclinar la taza con el fin de facilitar el proceso de descarga. El Banbury Internal Mixer tiene dos rotores de diseño especial que giran el uno contra el otro a velocidades ligeramente diferentes; se caracterizan por su eficacia. Este amasador es el que se utiliza normalmente en la industria para mezclar caucho o plásticos con productos de relleno y otros ingredientes.

Permite el control de la temperatura, ya que sus brazos están huecos y por ellos circula un líquido, y la taza está cubierta por camisa.

Una amasadora se puedo convertir en trituradora o desfibradora montando sobre el lomo una ojiva dentada de fundición. Además de los procesos de amasado y desfibrado o trituración, el amasador puede servir también como recipiente para la realización de reacciones químicas; así, por ejemplo, es como ocurre la reacción entre la celulosa y el anhídrido acético para producir el acetato de celulosa. El amasador que se utiliza para este proceso tiene su taza, agitadores y tapa de un bronce de composición especial. Entre

otros mecanismos para mezclar sólidos o líquidos con líquidos viscosos se puede citar los molinos de dos rodillos para grandes esfuerzos, con rodillos refrigerados con agua y cuyas velocidades relativas pueden modificarse; los mezcladores de cinco rodillos para pinturas y tintas; los amasadores o mezcladores de cubeta; los molinos de bolas y de guijarros; el mezclador “pony” (pequeño) y el de cintas.

5.2 MEZCLA de fluidos La mezcla de fluidos interviene en casi toda investigación y proceso industrial. En el trabajo de investigación de laboratorio los efectos de esta operación pueden ser muy grandes, siendo esencial el que se pueda reproducir el tipo de la misma que se desee y el valor de la operación de mezcla, o bien se pueda variar en cantidades conocidas. El fin primordial de este procedimiento es el de distribuir con rapidez los componentes de modo arbitrario y hasta llegar a una disposición homogénea. Esto puede ir seguido de una reacción química, o bien de una transferencia de materia entre fases. El mezclador produce solamente efectos mecánicos. Las moléculas de dichas fases pueden difundirse, si bien los impulsores del proceso de mezcla producen una corriente que da origen a una convección forzada. De aquí que los reactivos se puedan llevar a un estado interfacial tan rápido como se quiera controlando las corrientes de convección forzada de los mezcladores. Gran parte de los procedimientos de mezcla de fluidos se realiza mediante agitadores rotatorios.

Para conseguir un proceso de mezcla rápido se precisa comúnmente de un movimiento en gran escala (flujo laminar) y de uno de pequeña escala (turbulento). La corriente de descarga que parte del agitador inicia el movimiento laminar. La turbulencia se debe principalmente a las discontinuidades de velocidad que ocurre en las zonas adyacentes a la corriente de líquido que fluye del agitador y también a los efectos de separación de las paredes y configuración. La turbulencia se extiende por todo el flujo másico y llega a todas las partes del recipiente. Algunas operaciones de mezcla para llegar a mejores resultados tienen necesidad de flujos masivos relativamente grandes, mientras que otras precisan de una turbulencia relativamente alta. Generalmente existe una relación óptima de flujo a turbulencia para una operación de mezcla deseada, ya se trate de una simple combinación de líquidos no miscibles, o de una transferencia masiva seguida por una reacción química.

5.3 Equipos de mezclado La elección del tipo y tamaño de mezcladora más apropiados dependen del tipo y cantidad de producto a mezclar y de la velocidad de agitación necesaria para alcanzar el grado de mezclado adecuado con el mínimo consumo energético. Las mezcladoras, de acuerdo con sus características de funcionamiento, se clasifican en: • • •

Mezcladoras para líquidos de viscosidad baja o media.

Mezcladoras para líquidos muy viscosos y pastas.

Mezcladoras para productos granulados o pulverizados

5.3.1 MEZCLADORAS PARA LÍQUIDOS DE VISCOSIDAD BAJA O MEDIA La mayor parte de los sistemas de agitación se utilizan para mezclar líquidos en recipientes sin deflectores. En la Tabla 9 se presentan las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos, que dependen de las condiciones concretas de utilización.

TABLA NO. 9 MEZCLADORAS

VENTAJAS

TIPO MEZCLADORA

DE VENTAJAS

Mezcladora paletas

de Económica, buen Escaso flujo perpendicular; elevado riesgo flujo radial y de formación de torbellino a velocidades rotacional. elevadas.

Mezcladora paletas múltiples.

de

Mezcladora de hélice Mezcladora de turbina

Y

LIMITACIONES

DE

Eficiente mezclado

CLASES

DE

LIMITACIONES

Buen flujo en las tres Costo más direcciones potencia.

Buen flujo en las tres direcciones

ALGUNAS

elevado;

requiere

mayor

Más costosa que la mezcladora de paletas Cierto riesgo de atascos

FUENTE: Peter Fellows. Tecnología del procesado de los alimentos.

5.3.1.1 MEZCLADORES DE PALETAS Los sistemas más sencillos de mezcladoras son los constituidos a base de paletas planas (Fig. 55 arriba) rodando a 20 - 150 rpm y cuyo diámetro suele ser del 50-75% del diámetro del recipiente. En los recipientes sin deflectores, las paletas son curvadas para conseguir de esta forma que el flujo sea longitudinal.

5.3.1.2 MEZCLADORES POR IMPULSIÓN En ellos, el sistema de mezcla está constituido por un eje con dos o más palas, que pueden ser planas, curvadas o curvas. Los agitadores de turbina son mezcladores impulsores de más de cuatro palas con una longitud equivalente al 30-50 % del diámetro del recipiente, que ruedan a 30-500 rpm. Estas palas pueden ser planas, curvadas o curvas para incrementar el flujo radial o longitudinal. A veces, estas hojas pueden ir montadas en un disco. Este tipo de impulsores suelen ir montados verticalmente en tanques sin deflectores. En el borde de las palas se desarrollan intensas fuerzas de cizalla y es por ello que este tipo de mezcladoras se utilizan para la premezcla de emulsiones. A los impulsores dotados de palas más cortas (inferiores a 1/4 del diámetro del recipiente) se les denomina agitadores de hélice (Fig. 5-1 abajo). El agitador, en estos sistemas de agitación, va montado en diferentes posiciones, con el objeto de conseguir un movimiento longitudinal y radial del líquido y evitar la formación de remolinos.

Figura 5-1 Mezcladoras ( arriba, mezcladora de palas planas; mitad, mezcladora de discos de paletas; abajo, mezcladora de hélice) A veces la pared del recipiente posee unos deflectores para incrementar la mezcla de los líquidos e interrumpir el flujo rotacional. Estos deflectores deben estar instalados de tal forma que no dificulten la limpieza del recipiente. Los agitadores de hélice trabajan a 4001.500 rpm y se utilizan para la mezcla de líquidos miscibles, la obtención de soluciones concentradas, la preparación de jarabes, salmueras y la disolución de ingredientes diversos.

5.3.1.3 DISPOSITIVOS PARA MEJORAR LA DISPERSIÓN EN LÍQUIDOS DE PRODUCTOS PULVERIZADOS Existen diversas mezcladoras de bajo tiempo de permanencia que se utilizan para

dispersar en líquidos productos pulverizados diversos. Estas mezcladoras suelen funcionar mezclando en un chorro de líquido nebulizado un chorro uniforme de polvo.

Algunos de estos sistemas incorporan también un mezclado posterior a partir de cuchillas o rotores. En algunos sistemas, el polvo se mezcla en el líquido bombeándolo por una tubería dotada de deflectores estacionarios para facilitar el mezclado.

5.3.2 MEZCLADORAS PARA LÍQUIDOS MUY VISCOSOS Y PASTAS 5.3.2.1 IMPULSORES DE EJE VERTICAL DE BAJA VELOCIDAD Para el mezclado de aquellos líquidos más viscosos se usan agitadores de paleta múltiple. Pero en realidad, los más empleados para este cometido son los agitadores contrarrotatorios, que generan grandes fuerzas de cizalla. De este grupo, el diseño básico es el agitador de ancla y compuerta (Fig. 5-1, arriba). Este tipo de agitador suele utilizarse en recipientes dotados de sistemas de calentamiento y en ellos el ancla dispone de unas láminas que rascan la superficie del recipiente para evitar que el producto pueda llegar a quemarse. Algunos modelos más complejos poseen brazos en la compuerta, solidarios del eje de rotación, que al rodar, circulan por los huecos de los brazos estacionarios o ancla, para incrementar la fuerza de cizalla. Otros tipos poseen láminas inclinadas verticalmente para provocar el movimiento radial del alimento.

5.3.2.2 MEZCLADORA DE PALAS HORIZONTALES DE EJE GEMELO De este grupo, el tipo más corriente es la mezcladora con palas en forma de “Z”. Esta mezcladora posee dos palas resistentes montadas horizontalmente en una bandeja metálica que oscila para descargar lotes de producto mezclado. A veces la descarga se efectúa por un tornillo sinfín instalado en la base de la mezcladora. En estos sistemas las palas son en forma de “Z” y al rodar entre sí a igual velocidad, o a velocidades distintas (14-60 rpm) o sobre las láminas instaladas en el fondo del recipiente, provocan fuerzas de cizalla muy intensas. Estas mezcladoras requieren bastante potencia, que se disipa en el producto en forma de calor. Ello determina que la eficacia del mezclado deba ser grande con objeto de reducir al mínimo el tiempo de mezclado. Cuando esto se hace necesario, las paredes del recipiente poseen una camisa que permite regular la temperatura del producto durante la mezcla. Algunas máquinas especiales como las mezcladoras ralladoras van equipadas con palas en forma de sierra u otros diseños.

5.3.2.3 MEZCLADORAS DE PLANETARIOS Este tipo de mezcladoras debe su nombre a la trayectoria descrita por las palas, que en su rotación (40-370 rpm) recorren la totalidad del recipiente. En otros diseños se utilizan palas rotatorias fijas, desplazadas del eje del recipiente que rueda en el mismo sentido o en sentido contrario.

Figura no 5-2 arriba, mezcladora de ancla y compuerta, abajo, mezcladora para productos lácteos (fabricación de mantequilla) En ambos tipos, el espacio entre las palas y la pared del recipiente es muy pequeño. De estos tipos de mezcladoras, las de tipo “gafe blades” se utilizan para mezclar pastas y diversos ingredientes y para la preparación de alimentos “para extender”. Los ganchos se utilizan para la mezcla de masa de panadería y los “whisks” para la preparación de papillas para rebozado.

5.3.2.4 MEZCLADORAS CONTINUAS DEL TIPO ROTOR-STATOR Un típico ejemplo de este grupo son las mezcladoras de tornillo sin fin. En ellas, un rotor horizontal, que encaja muy ajustado en un cilindro ranurado, recibe los alimentos viscosos y pastosos impulsados hacia el mismo por un doble tornillo helicoidal. Tras el mezclado, el contenido, impulsado por el rotor, abandona la mezcladora a través de los orificios de la

pared perforada, impulsado por el rotor. La escasa holgura existente entre el tornillo y el cilindro en el que éste se mueve, provocan fuerzas de cizalla y amasan el producto. Al atravesar aquél los orificios de la pared se generan también fuerzas de cizalla que contribuyen a la acción de mezclado. En algunos modelos, con objeto de incrementar la fuerza de cizalla, el tornillo está dotado de unos vástagos. Este tipo de máquinas se utilizan también para la extrusión de algunos productos y en la fabricación de mantequilla y margarina como se observa en la figura No 5-2, abajo.

5.3.2.5 SISTEMAS DE AGITADOR MÚLTIPLE Este tipo de máquinas van equipadas con diversa palas que cumplen misiones distintas.

Mientras la misión de unas es generar en el alimento intensas fuerzas de cizalla, la de las otras consiste en transportar la masa a la zona donde estas fuerzas se generan. En a Tabla 10 se indican algunas de las combinaciones de palas disponibles.

TABLA NO. 10 SISTEMAS DE AGITACIÓN MÚLTIPLE OPCIÓN

ANCLA

1

∇

COMPUERTA

CINTA

PALAS DOBLADAS

HÉLICE MARINA

PALETAS

∇ ∇

4

∇

∇

5 ∇

7

∇

8

∇

Mover el contenido

∇

∇ ∇ ∇

∇

∇ ∇

9

MOLINO COLOIDAL

∇ ∇

3

6

ROTOR STATOR

∇ ∇

2

Objetivo de la agitación

TORNILLO

Mover el contenido

∇ Mover el Acción de material cizalla

∇ ∇ Acción de cizalla

Acción de Cizalla y cizalla mover el contenido

Cizalla y mover el contenido

Acción de cizalla

FUENTE: Adaptada de McDonagh.

5.3.2.6 MEZCLADOR HOMOGENIZADOR Está compuesto por una válvula de homogenización y una bomba de alta presión. La válvula proporciona la abertura ajustable del orden de varias milésimas de centímetro a través de la cual se bombea la emulsión a alta presión. Al entrar en la ranura los líquidos experimentan una gran aceleración, velocidades de unos 290 m/seg. Con lo que las gotas de la fase interna se cizallan con otras, deformándose y rompiéndose.

Para alimentar la válvula se precisan bombas de desplazamiento positivo.

Homogenizador de alta presión y dos estados de homogenización con capacidad de 100 a 600 lb/h a presiones de 170 a 500 atmósferas. Estos homogenizadores son proyectados para homogenización de productos alimentarios abrasivos o no abrasivos. Son construidos con materiales de alta calidad a la resistencia.

5.3.2.7 OTROS TIPOS DE MEZCLADORAS

Existen diversos tipos de mezcladoras que han sido diseñadas para operaciones de mezcla concretas que en ocasiones cumplen también la función de homogeneización o de reducción de tamaño: Entre ellas se encuentran las batidoras de mantequilla, las cortadoras y los rodillos. Los molinos de rodillos y los molinos coloidales resultan muy adecuados no sólo para reducir el tamaño de los productos sino también para la mezcla de productos muy viscosos.

5.3.3 MEZCLADORAS PARA PRODUCTOS PULVERIZADOS Y GRANULADOS Estas mezcladoras responden a dos diseños básicos: En el primero de ellos la progresión del material se produce como consecuencia del movimiento de rotación del recipiente que lo contiene, mientras que en el segundo, aquel es impulsado por la acción de un transportador helicoidal. Este es el tipo de mezcladoras utilizado para la mezcla de cereales y de harinas y para la preparación de mezclas diversas de productos pulverizados (por ejemplo: para mezclas de pasteles y sopas deshidratadas).

5.3.3.1 MEZCLADORA POR VOLTEO Son mezcladoras de este tipo las de tambor, de doble cono, de cono en “U” y de cono en “V”. Estas mezcladoras se llenan automáticamente sólo hasta la mitad de su capacidad.

Su velocidad de funcionamiento es de 20 - 100 rpm. Su eficacia para la mezcla dé determinados componentes depende de su forma y de su velocidad de volteo. Esta, deberá ser siempre inferior a la velocidad crítica (aquella velocidad a la que la fuerza centrífuga supera a la de la gravedad). La eficacia del mezclado puede mejorarse instalando deflectores o paletas contra rotatorias. Este tipo de mezcladoras se utilizan también para la aplicación de recubrimientos.

5.3.3.2 MEZCLADORA DE CINTA Estas mezcladoras, que son de forma esférica poseen en su interior dos o más láminas metálicas estrechas (cintas) de forma helicoidal, que ruedan en sentido contrario al de la mezcladora. El paso de rosca de estas cintas es distinto, de Forma que mientras una de ellas impulsa rápidamente el material hacia adelante la otra lo hace lentamente hacia atrás. Con ello se consigue, además de un mezclado continuo, un continuo movimiento de progresión. Este tipo de máquina suele emplearse para el mezclado de ingredientes secos finamente particulados (por ejemplo: Para el mezclado previo a una extrusión).

5.3.3.3 MEZCLADORA DE TORNILLO VERTICAL Están constituidas por un tornillo vertical que rueda sobre su eje, en el interior de un recipiente cónico que gira sobre su eje longitudinal. Mediante este sistema se consigue una intensa acción de mezclado. Este tipo de mezcladoras resultan especialmente eficaz cuando se trata de la incorporación de una cantidad muy pequeña de un determinado ingrediente. Existen modelos, más baratos, en los que el tornillo central es lijo, pero su eficacia es menor.

5.3.4 MEZCLADORAS PARA CARNES Esta aplicación especifica de las mezcladoras en la industria de productos carnicos se compone principalmente de paletas móviles y fijas, las cuales mediante un movimiento especial distribuyen la pasta permitiendo su uniformidad. Actualmente se ofrecen molinos con mezcladoras incorporadas, y otros diseños permiten realizar el amasado al vacío.

Además se encuentran cortadoras mezcladoras las cuales se caracterizan por su solidez y resistencia que le permiten realizar los trabajos forzados sin problemas de averías o

mantenimiento. Se construyen en acero inoxidable, de superficies lisas para facilitar una mejor y más cómoda limpieza. Ejes construidos en acero aleado al cromo-níquel montados en rodamientos de bolas y rodillos. Transmisión a través de correas trapezoidales de marcha silenciosa y suave, con eliminación de vibraciones. Cubetas de fundición de acero inoxidable de paredes gruesas y macizas que evitan resonancias y absorben las vibraciones producidas por las cuchillas.

Por seguridad y comodidad la tapa de las cuchillas, construida en acero inoxidable es de un especial diseño, que facilita la evacuación de la carne a la salida de la cámara de corte, lo que la hace apta para toda clase de pastas, puesto que al no producir retenciones, no ocasiona recalentamientos en la carne que podrían perjudicar la calidad del producto. Las cuchillas son también en acero inoxidable, con filo unilateral para impulsar mejor la carne. Su especial diseño de fijación permite que se puedan desplazar hacia el exterior a conveniencia, haciendo girar debidamente los aros excéntricos separadores.

Con la máquina mezcladora se revuelve la masa de carne y grasa desmenuzada y adicionada de condimentos hasta obtener una masa uniforme. Un ejemplo de estos equipos se observa en la figura 5-3.

La máquina está compuesta de: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Manivela guiadora de descarga Rejilla de protección Tina de recepción y mezclado en posición de trabajo Motor eléctrico con caja de transmisión Volante para la rotación manual de las aspas mezcladoras Para descargar se inclina la tina con motor eléctrico Brazo mezclador con aspas Para extraer los brazos mezcladores se debe levantar la rejilla de protección.

Para iniciar el trabajo, se abre la rejilla de protección y se carga la tina con la carne molida y los ingredientes, según el producto que se va a elaborar. Luego se procede de la siguiente manera: • Se vuelve a cerrar la rejilla y se acciona el interruptor principal.

FIGURA NO 5-3 MEZCLADORA DE CARNES • Se deja funcionando la máquina en esta posición por el tiempo deseado, de acuerdo con el tipo de producto en elaboración. Posteriormente se invierte el sentido de rotación de los brazos mezcladores para alcanzar un perfecto mezclado de la masa.

Esta operación puede repetirse varias veces según las necesidades.

• Terminado el mezclado se liberará la manivela fijadora de descarga se pone la tina inclinada. Para una rápida descarga se recomienda abrir la rejilla y manualmente accionar con mucho cuidado el interruptor de seguridad, hasta haber descargado la mayoría de la masa.

Lo que queda en el fondo de la tina y entre las aspas será retirado manualmente por el operador.

Cada vez que se utiliza la máquina deberá lavarse con agua caliente y detergente, enjuagar y secar todas las partes que están en contacto directo con la masa.

5.4 AGITADORES Los agitadores más útiles son el de paleta lisa simple, los de tipo marino y la turbina.

Cuando uno cualquiera de ellos tiene el eje vertical de rotación sobre la línea central de una vasija cilíndrica, el movimiento del flujo es el de rotación. Se forma un remolino alrededor del cual gira el líquido. Este movimiento de ordinario da origen a una separación o estratificación más que a una mezcla. Ello puede provocar un mínimo de turbulencia y de movimiento de flujo lateral y vertical. No puede aplicarse más que muy poca potencia.

Se puede siempre anular el movimiento rotatorio (y el remolino superficial) insertando proyecciones en el cuerpo del fluido, pudiendo modificar, sin duda alguna, el movimiento del mismo. Cuando estas proyecciones están en los lados del recipiente se llaman tabiques, siendo éste el método que más corrientemente se utiliza para evitar el movimiento rotatorio y para conseguir una excelente operación de mezcla en los montajes industriales grandes. El agitador con tabiques puede producir una especie de flujo axial, y la paleta y la turbina, uno radial. Estas formas de flujo originan un máximo en el movimiento del flujo lateral y vertical, llevando a excelentes operaciones de mezcla.

La técnica de laboratorio más adecuada para evitar la formación de remolinos es el utilizar un agitador “excéntrico”. El eje del mismo se coloca con un ángulo de unos 15 grados respecto de la vertical y cerca de la pared del recipiente. El agitador debe descargar hacia abajo y girar en el sentido de las agujas de un reloj si está frente a la parte derecha del recipiente, o bien, en sentido contrario, a las agujas de un reloj si está situado en la parte izquierda (mirando hacia el fondo del recipiente). De este modo se puede conseguir un excelente flujo vertical y lateral sin remolinos; esta posición es crítica, pero se puede encontrar fácilmente ensayando.

De entre los centenares de agitadores diferentes es difícil encontrar forma alguna que aventaje a estas tres. El flujo y la turbulencia se pueden variar con cualquier tipo de agitador, con lo que se puede conocer definitivamente la relación de flujo a turbulencia. La mayor parte de las instalaciones de escala industrial usan indistintamente agitadores o turbinas. Para comparar las velocidades de reacción o el proceso que resulta para las diferentes relaciones de flujo a turbulencia, es más importante determinar el efecto del tamaño y velocidad para uno cualquiera del conjunto de agitadores dimensionalmente similar, que comparar las diferentes formas de agitadores.

5.4.1 AGITACIÓN DE LÍQUIDOS VISCOSOS. Los líquidos y pastas de gran viscosidad requieren normalmente una técnica diferente para la operación de mezcla que los fluidos de poca viscosidad. Se precisan aparatos especiales que se encarguen de secar, extender y comprimir, debido a que la turbulencia no puede engendrarse en dichos fluidos para comunicar la transferencia masiva de

pequeña escala necesaria para provocar la interpenetración de las partículas. No se dispone todavía prácticamente de datos cuantitativos relativos al rendimiento de los diversos tipos de montajes.

5.4.2 AGITACIÓN DE SÓLIDOS. Los sólidos de diferente densidad y tamaño se mezclan de ordinario en tambores o cilindros rotativos. Se han obtenido algunos datos que ponen de manifiesto los efectos de las propiedades físicas sobre el rendimiento de los mezcladores de cilindro rotativo. Debe hacerse notar que el tiempo que tarda en realizarse la operación de mezcla es una variable importante, debido a que a la clasificación y separación suele seguir la distribución que se desea si la operación se lleva a cabo durante mucho tiempo. Todavía no se ha desarrollado una aproximación sistemática para la operación de mezcla de sólidos y líquidos.

5.5 amasadoras 5.5.1 AMASADORAS CONTINÚAS En la industria de la panificación el proceso de amasado continuo supone el paso de los ingredientes que van a pasar a un lugar convenientemente diseñado donde simultáneamente se mezclan para formar una masa homogénea. Generalmente el amasado continuo es seguido por el acondicionamiento mecánico intensivo para producir en la masa la modificación llamada maduración. Dicha operación puede realizarse de una sola vez en una amasadora continua.

FIGURA No 5-4 Amasadora de pan 5.5.2 AMASADORA DE ALTA VELOCIDAD Esta maquina es utilizada para un procedimiento nuevo. Aquí la máquina no solo mezcla,

sino que al mismo tiempo somete la masa a un intenso acondicionamiento mecánico que se consigue durante un tiempo máximo de 4 minutos. Disminuyendo sustancialmente el proceso de amasado.

5.5.3 AMASADORA DE ARTESA ABIERTA Es la mas conocida de las máquinas de amasado, se utiliza para pequeñas y medianas producciones. Dentro de este grupo encontramos diferentes modelos pero todas de características similares. Son máquinas pesadas y compactas. Algunas tienen la artesa desmontable de modo que esta se use para fermentar la masa. Unas tienen un solo brazo de trabajo, mientras que otras tienen dos brazos y su capacidad varía de acuerdo con el tipo. Son movidas por corriente eléctrica y tienen controles de encendido y velocidad.

Ejemplo de este tipo de equipos se ve en la figura No 5-4.

CAPITULO SEIS

EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE MASA

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Conocer la clasificación general de los equipos de transferencia de masa 2. Identificar las características principales y el principio de operación de los diferentes equipos.

3. Desarrollar capacidades de análisis y criterios técnicos que permitan la toma de decisión en el momento de la selección de los equipos.

6.1 GENERALIDADES DE EVAPORADORES Son aparatos que se utilizan, como indica su nombre, para concentrar una disolución (de una sustancia no volátil), eliminando en forma de vapor parte del disolvente, que la mayor parte de las veces es agua. La disolución concentrada y caliente suele enviarse inmediatamente después a los cristalizadores. El vapor suele carecer de valor. Por otra parte, una caldera, aun cuando también sea un evaporador, suele producir como sustancia importante el vapor y rara vez es valiosa la porción residual. El agente de calefacción es generalmente vapor, especialmente vapor de baja presión y saturado (sin sobre calefacción). El vapor puede circular por el interior de un conjunto de tubos de pequeños calibres, que están dispuestos de forma que permitan una transferencia del calor rápida y total hasta la disolución que se encuentra en el exterior de los tubos. También es posible que el vapor rodee los tubos, mientras la disolución se encuentra dentro de éstos. En el transcurso de la concentración es posible que se produzcan precipitaciones, en general, de sales, y teniendo esto en cuenta se suelen proveer de un depósito o tambor en la base del cuerpo del evaporador para recogerlas.

Aplicando el vacío al evaporador puede conseguirse que la evaporación se realice a temperaturas más bajas, con lo que se disminuyen o eliminan los daños que puedan experimentar las substancias sensibles a la acción del calor. Han tenido gran éxito los evaporadores de efecto simple que trabajan con un vacío de 711 mm (28 pulgadas), que pueden mantenerse con un condensador de inyección en contracorriente. Un evaporador de flujo descendente, equipado para trabajar a bajas temperaturas bajo un vacío de 713,2 mm (29 pulgadas), permite la concentración de zumos de naranja y de otros frutos a temperaturas inferiores a 21°C (70°F), sin que se perjudique su aroma. El vapor procedente de un evaporador de este tipo debe comprimirse antes de proceder a su condensación con agua corriente.

Con el fin de lograr economía de combustible, es posible aplicar el vacío a una serie de tres o más evaporadores conectados entre si para obtener lo que se denomina evaporadores de efectos múltiples. El vacío se aplica al denominado último “efecto” y se distribuye entre los demás efectos, tal corno el proceso lo permite, pero decreciendo de uno al siguiente. El vapor producido en el primer efecto es el agente de calefacción del segundo efecto, circulando por su camisa de calefacción, en la que se condensa, siendo seguidamente descargado. El vapor producido en el segundo efecto es a su vez el agente de calefacción del tercer efecto, etc. La temperatura de ebullición va decreciendo desde el primer efecto, que recibe el vapor directamente de la caldera, hasta el último. La alimentación penetra por el primer efecto; el liquido concentrado sale del último efecto, que es el que se encuentra directamente conectado al aparato de vacío (pueden establecerse conexiones diferentes de ésta).

Los evaporadores de efectos múltiples permiten alcanzar una gran economía de consumo de vapor, ya que el vapor procedente de la caldera se suministra exclusivamente al primer efecto; cada uno de los otros recibe el vapor procedente del evaporador anterior. Sin embargo, la instalación de estos sistemas de evaporación tiene que hacer frente a los mayores gastos de instalación de cada uno de los efectos.

6.2 EQUIPOS DE EVAPORACIÓN Existen muchas clasificaciones de los equipos de evaporación; a continuación se muestra los tipos más importantes y algunas de sus características.

6.2.1 EVAPORADOR DE CIRCULACION NATURAL

6.2.1.1 EVAPORADOR ABIERTO Son simples, comerciales y económicos. Su depósito o volumen de trabajo puede calcularse directamente, aunque muchas veces están provistos de camisas de calentamiento (externa) o serpentines (internos), a través de los cuales se encuentra el medio que transfiere el calor. La velocidad de evaporación es baja y su economía térmica es mínima. En algunas oportunidades se puede utilizar el vacío, siempre que se puedan cerrar los depósitos. Si no existe una agitación constante se corre el riesgo de sobrecalentar el producto que esté en contacto con la superficie de calentamiento. Para pequeñas cantidades de materia prima en proceso, estos evaporadores son bastante útiles, no ocurre lo mismo cuando se utilizan para una alta capacidad. Son muy utilizados en la industria casera de alimentos para concentrar pulpas, en la preparación de sopas y salsas y en la concentración de mermeladas, jaleas y confites.

6.2.1.2 EVAPORADOR DE TUBOS CORTOS HORIZONTALES A diferencia del abierto, este evaporador posee en la parte inferior una serie de tubos horizontales que son circulados internamente por vapor de agua. Figura No 6-1.

En la parte superior del evaporador queda un gran espacio que ayuda entonces a que se efectúe una separación de las gotas liquidas que son arrastradas por gravedad con el vapor que sale del líquido de la base. Este tipo de evaporador presenta algunas desventajas ya que el banco de tubos obstaculiza la circulación y por lo tanto el coeficiente de calor generado es mínimo. Su utilización en la industria de alimentos es muy escasa, sólo para evaporar líquidos de poca viscosidad.

6.2.1.3 EVAPORADOR DE TUBOS CORTOS VERTICALES

Figura No 6-1 Evaporador de tubos cortos de tubos cortos Horizontales

Figura No 6-2 Evaporador Verticales

Figura No 6-3 Evaporador de circulaci贸n Figura No 6-4 Evaporador de circulaci贸n Izquierda Natural con calandria Derecha forzada con calandria

En este equipo, el vapor se condensa sobre la superficie externa de los tubos colocados en la parte inferior verticalmente. Figura No 6-2. .Generalmente se equipan con: calandrias de cesta que permiten para su limpieza ser fácilmente desmontadas. La calandria o serie de tubos verticales que atraviesan la cámara de vapor, posee un conducto de retorno central que ocupa menos de la mitad del área de flujo de los tubos de ascenso. En este sistema se logran generar corrientes de circulación natural, puesto que el líquido situado en el conducto de retorno se encuentra a menor temperatura que la de los tubos calentadores de ascenso.

Este tipo de evaporador es muy utilizado en la industria y se le llama evaporador normal, alcanza buenas velocidades de evaporación con líquidos que no tiendan a formar costras, de viscosidad moderada y anticorrosivos. En la industria de alimentos se utiliza para concentrar soluciones de azúcar, extracto de malta y jugos de fruta.

6.2.1.4 EVAPORADOR DE CIRCULACIÓN VERTICAL CON CALANDRIA EXTERIOR Es una optimización del diseño anterior. En él la calandria o serie de tubos se encuentra colocada fuera del espacio separador de vapor o sea es externa. Su construcción es sencilla y de fácil acceso para su limpieza. Se utiliza para concentrar grandes volúmenes de alimentos líquidos a presiones reducidas, especialmente leche, jugos de fruta y emulsiones cárnicas. Figura No 6-3 izquierda.

6.2.2. EVAPORADOR DE CIRCULACION FORZADA

En este tipo de evaporadores de circulación forzada, se utiliza el concepto de recircular grandes caudales a elevadas velocidades dentro de los tubos con cortos períodos sucesivos de calentamiento, seguidos de enfriamiento por evaporación flash. Las elevadas velocidades dentro de los tubos permiten obtener elevados coeficientes de transferencia térmica, sin ensuciamiento de los tubos. Figura No 62 derecha.

Normalmente se impulsa el producto con bombas centrífugas sanitarias. En los casos que así convienen las bombas son impulsadas por turbinas de vapor. El vapor de escape de éstas es utilizado para calentar el haz tubular del intercambiador del primer efecto térmico.

6.2.3. EVAPORADORES DE TUBOS LARGOS

6.2.3.1 EVAPORADOR DE PELÍCULA ASCENDENTE En su generalidad están compuestos de tubos de 3 a 12 mm de diámetro. El

alimento líquido que se va a concentrar ingresa por la parte inferior de los tubos precalentados cerca a la temperatura de ebullición, comenzando a hervir al recorrer ascendentemente una corta distancia.

El liquido es arrastrado hacia la parte superior debido a que la expansión del vapor hace que las burbujas formadas asciendan a alta velocidad por los tubos y la arrastren; a medida que esto sucede el líquido se va concentrando formando una fina película sobre la pared de los tubos. La mezcla vapor-líquido que asciende entra a un separador, el cual elimina el vapor, de tal manera que el líquido concentrado se puede extraer directamente. Cuando se busca una alta concentración el líquido puede pasar a un segundo evaporador o ser recirculado en el mismo.

El tiempo de residencia en un evaporador de este tipo es relativamente corto y el coeficiente de transferencia de calor es generalmente alto, por ser aparatos bastante utilizados para concentrar productos sensibles al calor.

6.2.3.2 EVAPORADOR DE PELICULA ASCENDENTE DESCENDENTE Como su nombre lo indica es una combinación de los dos tipos de evaporadores de película ascendente y descendente. Se busca con este tipo de evaporador que mientras el producto con mayor viscosidad pase a la zona de película descendente, el líquido de alimentación diluido se concentre parcialmente en la zona de película ascendente, lográndose así altas velocidades durante el proceso.

6.2.3.3 EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE En su funcionamiento es semejante al de película ascendente, con la diferencia que el líquido de alimentación entra por arriba del haz de tubos. Con el transcurrir del proceso de evaporación el vapor formado desciende a gran velocidad por la parte central del equipo, arrastrando el líquido. Se puede controlar en estos equipos, con relativa facilidad el mantener la temperatura de ebullición constante, los tiempos de resistencia son cortos. Al operarlo al vacío se logran concentrar jugos de naranja y otros cítricos, los cuales son bastante sensibles al calor, igualmente se utiliza en la Tecnología de Productos Lácteos.

6.2.4 EVAPORADORES DE PLACAS

6.2.4.1 EVAPORADOR DE PELICULA ASCENDENTE DESCENDENTE Este evaporador está basado para su funcionamiento en los mismos principios que de limitan a la película ascendente-descendente, pero dentro de un intercambiador de calor de placas, dispuestas generalmente en unidades de cuatro. Funciona así: dentro de las placas última y primera (4 - 1) y segunda y tercera

(2 - 3), el vapor se condensa en los espacios libres y el líquido precalentado hierve sobre la superficie de las placas, ascendiendo en forma de película por las placas (1 -2) y descendiendo de la misma forma por las placas (3 - 4). Una vez sale la mezcla vapor-líquido del intercambiador de placas, se entra al separador centrifugo. Se utiliza para concentrar productos alimenticios sensibles al calor, ya que al igual que los evaporadores de tubos largos, presenta altas velocidades, lo cual genera una óptima transferencia de calor y un tiempo mínimo de residencia.

Además presenta facilidad para su desmonte y aseo por la pequeña superficie que ocupa.

6.2.4.2 EVAPORADORES DE PELICULA DESCENDENTE En éstos sólo existe fluidez del liquido en forma descendente sobre las placas mayores que las convencionales. Se evita con este diseño la recirculación interna, lo que permite disminuir los tiempos de permanencia del producto, muy cortos. Es utilizado en la evaporación de productos cítricos.

6.2.5 EVAPORADOR DE FLUJO EXPANDIDO DE CONOS INVERTIDOS

Al igual que en los evaporadores de placas, en este equipo líquido y vapor fluyen a través de los espacios que dejan, conos delgados e invertidos de acero inoxidable, provistos de cierres para prevenir fugas. Posee un eje de giro central por el cual ingrese el liquido de alimentación. Este eje se encuentra situado en la base de la pila de conos y entra a través de boquillas de alimentación, en los espacios de los conos calentados, ascendiendo sobre las superficies calentadas por el vapor.

Este sistema se opera al vacío y en él el líquido alcanza prontamente la temperatura de ebullición. Por otra parte del sistema de conos tangencialmente sale a velocidad una corriente de vapor-líquido, la cual se separa pasando el vapor hacia la parte superior de la cámara por donde se escapa al exterior. El liquido forma películas delgadas, por la alta velocidad que adquieren en los espacios formados entre cono y cono, incrementándose la velocidad de transferencia y disminuyendo por ende el tiempo de residencia.

6.2.6 EVAPORADORES DE PELÍCULA DELGADA MECANICA

6.2.6.1 EVAPORADOR DE SUPERFICIE RASCADA HORIZONTAL Poseen una cámara con camisa de calentamiento, en la cual se encuentra ubicado un rotor montado vertical u horizontalmente, con múltiples láminas. El área transversal de las cámaras horizontales suele disminuir en la dirección del flujo, lo cual ayuda a bañar las paredes, reduciendo las posibilidades de sobrecalentamiento del producto. La separación entre la superficie de transferencia y los bordes de las láminas del rotor oscilan entre los 0,5 y los 1.25 mm, aunque a veces se logran separaciones de 0.25 mm utilizándose el

equipo para la producción de pasta de tomate, concentración de leche, suero, café y productos azucarados. Sirve para manejar alimentos de alta viscosidad, pero su alto costo y baja capacidad hace que sólo sea usado como aparato de acabado para lograr especificaciones y normas de calidad en determinados productos.

6.2.6.2 EVAPORADOR CENTRITHERY De película delgada mecánica, es similar a la unidad de flujo expandido en el que la pila de conos por acción centrífuga lanza gotas del líquido desde la superficie de calentamiento. Sirve para concentrar productos sensibles al calor y permite lograr óptimas separaciones a elevada velocidad de transferencia y tiempo de permanencia corto.

6.2.7 EVAPORADOR DE CICLO DE REFRIGERACION O BOMBA CALORIFICA Son evaporadores conocidos también como de baja temperatura que utilizan bombas caloríficas, para lograr la concentración al vacío de productos altamente sensibles al calor, logrando las bajas presiones que se requieren para condensar el vapor y por ende las bajas temperaturas. El efecto consiste en que un gas refrigerante se condense sobre los tubos de la calandria para aportar calor y se evapora en el condensador para condensar el vapor producido. Las temperaturas utilizadas no sobrepasan los 20°C, con lo cual se prevén las alteraciones de los alimentos sensibles. El tiempo de permanencia tampoco excede los 35 minutos.

6.2.8 CONCENTRADORES DE PULPA

Son concentradores de simple efecto con circulación térmica para jugos de fruta con una concentración de pulpa media y baja. Por su sencillez de fabricación y funcionamiento son entre los más apreciados y conocidos en el mundo entero.

Hay modelos hasta 6.000 lb/h de evaporación.

Debido al elevado vacío que se puede alcanzar y por el gran tamaño de las tuberías de calentamiento y el condensador, estos concentradores se prestan también para el tratamiento de productos delicados y termo sensibles. Figura No 6-5 Pueden adaptarse para funcionar en forma continua y desempeñarse como desulfuradores para mostos de uva y jugos de cítricos. También con condensador semi-barométrico intercalado en una línea de producción de concentrados de naranja con el sistema caut-back se puede usar para reforzar el aroma del producto concentrado. Los concentradores se fabrican también en versiones especiales con un condensador de superficie para poder recuperar el aroma o los solventes, o condensadores semi-barométricos para disminuir su tamaño en altura.

Figura 6-5 Evaporador al vacío 6.3 La conservación de calor en los equipos de evaporación La forma de reutilizar el vapor que sale de un evaporador de simple efecto reduciendo así los costos de operación es un aspecto importante. El efecto en realidad es la manera de utilizar el vapor que sale de un evaporador y que contiene un buen nivel de calor, el cual puede utilizarse como medio de calentamiento de otro evaporador y así sucesivamente. Lo importante es que la temperatura de ebullición del último evaporador sea lo suficientemente baja para lograr diferencias de temperaturas apropiadas, utilizando desde luego presiones cada vez más reducidas; de allí que se hable de evaporación de doble, triple y hasta múltiple efecto. El objetivo final de la utilización de este tipo de equipos no es otro que el ahorro térmico de la planta, pues esta evaporación no proporciona mayores rendimientos en capacidad a los obtenidos en los aparatos de efecto simple.

La siguiente relación confirma que a mayor número de efectos, mayor economía de vapor: Una unidad de simple efecto necesita 1.3 Kg. de vapor para evaporar 1 Kg. De agua Una unidad de doble efecto necesita 0.6 Kg. de vapor para evaporar 1 Kg. De agua Una unidad de triple efecto necesita 0.4 Kg. de vapor para evaporar 1 Kg. De agua Otro ahorro que se logra al utilizar evaporadores de varios efectos es en el área instalada, pues el área de cada uno de los efectos en un sistema múltiple es igual que la ocupada por un equipo de efecto único, siempre y cuando las condiciones de operación global sean las mismas.

Los principales métodos para conservar el calor en equipos evaporadores de múltiples efectos son: 6.3.1 HACIA ADELANTE

Es el método más conocido, el líquido de alimentación va en el mismo sentido de los vapores hacia adelante, o sea de un efecto hacia otro en forma secuencial: del primero al segundo y de este al tercero, etc. Para lograr desarrollar este método es necesario contar con una bomba de extracción y operar el equipo a presiones bajas controladas. En este sistema generalmente se da una pérdida en la economía del vapor: la viscosidad del líquido se incrementa debido al aumento constante de la concentración y a la reducción de la temperatura al pasar de un efecto a otro. El valor del coeficiente de transferencia de calor es por tal razón bajo en los últimos efectos. El vapor de agua de alta calidad se condensa en la calandria del primer efecto. Cuando la temperatura del líquido de alimentación es en el punto inicial, inferior a su punto de ebullición, parte del calor transferido se utiliza en el precalentamiento del líquido de alimentación del segundo efecto y así sucesivamente.

FIGURA No 6-6 Alimentación hacia adelante

6.3.2 HACÍA ATRÁS

Para ejecutar este método es necesario utilizar bombas intercaladas entre los diferentes efectos. El vapor más agotado sirve como medio de calentamiento del liquido más frío y diluido, fluyendo a contracorriente líquido y vapor. La viscosidad aumenta con la concentración fenómeno que se compense por las altas temperaturas que va adquiriendo el líquido, al pasar por superficies cada vez más calientes; por lo anterior es necesario controlar constantemente la temperatura para evitar el sobrecalentamiento del líquido. Con este método se logra mayor economía de vapor.

FIGURA No 6-7 Alimentación hacia atrás 6.3.3 MIXTA

Como su nombre lo indica es un método que combina las ventajas de los dos anteriormente mencionados, o sea que combina la mayor simplicidad de la alimentación hacia adelante con la mayor economía de la alimentación hacia atrás. Este sistema es realmente útil cuando se utilizan líquidos muy viscosos. Se usa generalmente en plantas con un alto número de efectos.

Figura No 6-8 Alimentación mixta

6.3.4 EN PARALELO

Es un método que permite un mayor control del proceso. Se usa especialmente en evaporadores de cristalización y tiene como gran ventaja el hecho de no utilizar bombas entre los diferentes efectos, superando así los continuos problemas de flujo a que se ven sujetos los otros sistemas.

Figura 6-9 Alimentación en paralelo 6.4 Cristalizadores Una aplicación de los cristalizadores es en la elaboración de la sal de Glauber, en la que una vez los líquidos han sido concentrados en los evaporadores se transportan hasta los cristalizadores, que son depósitos rectangulares de madera, o de madera forrada de plomo, de unos 45 a 60 cm de profundidad (18-24 pulgadas), en los que se enfrían, depositándose los cristales en el fondo, luego se quita el tapón que cierra el orificio de salida y se deja que las aguas madres salgan y pasen a los aparatos en que se realizan los procesos de disolución. Los cristales se sacan con palas y se llevan a canalones y tolvas (sal de Glauber) o a cestas centrifugas, donde se expulsan los últimos restos de aguas madres adheridas a los mismos (tiosulfato sódico). Los cristales se someten a clasificación y se envasan. Otros productos químicos son cristales anhidros y debe secarse completamente en hornos rotatorios con ayuda de aire caliente. En otras industrias es necesario que los cristales formados sean de tamaño uniforme y además preestablecido; en estos casos el enfriamiento se realiza de forma gradual y, además, se hacen crecer manteniendo una agitación lenta (como en ciertas fases de la fabricación del azúcar).

Es posible realizar de forma continua el proceso de cristalización utilizando cristalizadores de tubo doble: el tubo interior lleva el líquido que se quiere cristalizar y el exterior actúa como camisa refrigerante con agitadores vibratorios, reunidos en hileras de tres o más. La alimentación penetra a través del tubo más alto, mientras que el del fondo descarga la papilla cristalina que pasa a la centrífuga. En los cristalizadores al vacío el enfriamiento se logra, no mediante

agua fría, sino por evaporación de parte del agua o del disolvente; el líquido cede su calor sensible y el calor de cristalización. El vacío puede obtenerse mediante un condensador barométrico. El cristalizador de artesa está formado por un depósito plano, dotado de camisa, en el que se encuentra un rascador de paletas dotados de movimiento lento que actúa como agitador y que tiene por objeto la producción de granos del tamaño de un guisante. Los cristales pueden obtenerse de un tamaño uniforme, libres de cristales mayores o menores del tamaño deseado, mediante un cribado.

Utilizando el método Krystal es posible obtener cristales clasificados directamente a partir del cristalizador. El método Krystal de formación de cristales tiene por objeto producir sobresaturación en una parte del sistema, haciendo que en otra cese esta sobresaturación pasando la disolución sobresaturada hacia arriba a través de una suspensión densa de cristales. El crecimiento sobre las caras de los cristales ya formados hace que cese la sobresaturación.

En el Cristalizador Krystal existen un vaporizador que se encuentra sobre un recipiente de una suspensión de cristales, un aparato de calefacción tubular externa, una bomba y otras partes. Se mezclan los líquidos de alimentación, las aguas madres de la última operación y el liquido del recipiente que contiene la suspensión de cristales, los cuales se hacen pasar a través del calefactor y de aquí al vaporizador, en el que se produce la sobresaturación.

La disolución sobresaturada fluye hacia la parte inferior a través del calefactor y de aquí al vaporizador, en el que se produce la sobresaturación. La disolución sobresaturada fluye hacia la parte inferior a través de un ancho tubo hasta alcanzar el fondo del recipiente que contiene la suspensión, en el que asciende lentamente, provocando el crecimiento de los cristales y una clasificación. por tamaños. La papilla cristalina es retirada del fondo del recipiente que contiene la suspensión cristalina. Mediante este dispositivo se logran cristales uniformes de un tamaño predeterminado.

Existe también un cristalizador Krystal al vacío, que obtiene su calor del calor sensible de la alimentación y del calor de cristalización. Hay otro modelo especialmente adaptado al tipo de sales, cuya solubilidad aumenta sensiblemente con el aumento de la temperatura; otro para sales con un aumento moderado de solubilidad, y, finalmente, otro adecuado para el caso de sales cuya solubilidad aumente poco. Todos los cristalizadores tipo Krystal son de marcha continua.

6.5 SECADORES Los alimentos naturales, vegetales, carnes, leche, etc., contienen un alto porcentaje de agua, que favorece la descomposición rápida de los mismos. La eliminación del agua en los productos permite la conservación por periodos más o menos prolongados.

La extracción del agua, en sustancias que la contienen como humedad, agua de

composición o de hidratación, por medio del calor se denomina secado. Indistintamente se emplean los términos desecación o deshidratación a esta operación de extraer agua.

Se considera al secado como el primer método empleado por el hombre para conservar sus alimentos; mediante sencillos sistemas, desde hace siglos se seca la carne, el pescado, frutos y semillas aprovechando la exposición al sol. Esta operación causa modificaciones apreciables en el gusto, aroma y textura de los productos, son transformaciones irreversibles y la rehidratación o humidificación del alimento seco deja un producto diferente al original.

6.5.1 CONCEPTOS BÁSICOS

Uno de los motivos para el secado de los alimentos es su conservación; sin embargo hay otras razones para llevar a cabo este proceso y son: • • • • • • •

-Obtener un producto con el grado de humedad que exige la comercialización.

-Evitar cambios físicos o químicos por un exceso de humedad.

-Disminuir los costos de manejo, transporte, empaque y almacenamiento.

-Adecuar el material para procesos ulteriores.

-Eliminar la humedad adquirida en operaciones previas.

-Recuperar subproductos.

-Obtener productos que favorezcan al consumidor.

Las normas de comercialización establecen contenidos máximos de humedad para productos alimenticios y en muchas ocasiones se hace necesario el secado para lograr los valores prefijados como es el caso de los cereales que se admiten con un máximo del 15% de humedad, cuando las condiciones climatéricas dejan productos del 18% o aún más de humedad.

Así no ocurran cambios microbiológicos que deterioren los productos, la humedad puede favorecer cambios físicos o químicos como el color, la textura y aún el sabor en productos de panificación o repostería.

Los productos deshidratados ocupan menor volumen y tienen menor peso que los productos originales, consecuencialmente los costos del manejo en general se ven disminuidos favoreciendo tanto al productor como al comprador. Los huevos deshidratados pesan la quinta parte y ocupan una sexta parte del volumen de los naturales y se pueden conservar en condiciones ambientales sin necesidad de refrigeración.

El manejo de materias primas implica el tener cantidades adecuadas, así su consumo diario sea relativamente bajo. El empleo de productos desecados permite extraer partes del material sin que se afecte el resto o se modifiquen las condiciones de almacenamiento, favoreciendo así el manejo.

Buscando mantener al máximo las características originales o minimizar los cambios irreversibles, se ha introducido un secamiento artificial con condiciones de humedad, temperatura y presión controladas, lo que conlleva altos costos en la operación por el manejo de la energía calorífica. Las anteriores circunstancias han llevado a introducir operaciones previas al secado como: tamizado, prensado, centrifugación, ósmosis, evaporación, etc., que son de todas formas mucho más económicas. Son las características del producto lo que permite seleccionar las operaciones previas o en un caso dado no aceptarlas.

Cuando un sólido húmedo es secado, tienen lugar dos operaciones básicas; transferencia de calor y transferencia de masa. La primera es necesaria para evaporar el líquido que se extrae y consecuencialmente variar la temperatura del sólido; la segunda permite la transferencia como líquido o vapor de la humedad a través del sólido y transferencia de vapor de la superficie del sólido al ambiente.

Las condiciones y ratas de secado dependen fundamentalmente de los factores que intervienen en los procesos de transferencia, los mecanismos de convección, conducción y radiación individuales o en combinación son empleados en las operaciones comerciales, los aparatos se diferencian fundamentalmente, por los mecanismos de transferencia de calor. Sin embargo, independientemente del mecanismo de transferencia el flujo de calor lleva un sentido inverso al flujo de masa, es decir, el calor fluye de la superficie del sólido al interior del mismo, en tanto que la humedad se transfiere inicialmente en la superficie y luego del interior del cuerpo hacia su superficie.

En los últimos años se ha desarrollado un mecanismo de secado que emplea microondas y en el cual efectos dieléctricos producidos por corrientes de alta frecuencia generan calor en el interior del sólido, causando temperaturas más altas respecto a la superficie del cuerpo; la transferencia ocurre del interior al exterior como ocurre la transferencia de masa. Esta transferencia de la masa crea un gradiente de concentración, originando movimientos del fluido dentro del sólido, los cuales constituyen el mecanismo interno que incide sobre la tasa o rata de secado. El mecanismo externo son los efectos producidos, por las condiciones ambientales como temperaturas, humedad, velocidad y dirección del aire, la conformación y estado de subdivisión del sólido que se va a secar.

6.5.2 EQUIPOS PARA SECADO

Los equipos para secamiento pueden ser clasificados en varias categorías acorde con la construcción y al sistema de operación. Algunos autores emplean una clasificación acorde con el material manejado en el proceso de secado, sin embargo, un mismo material puede ser óptimamente secado en dos o más tipos de secador.

Teniendo en cuenta las características de los materiales que se secaron estos se clasifican en:

CLASE 1: Materiales que pueden ser bombeados, como soluciones verdaderas y suspensiones coloidales.

CLASE II: Aquellos que no pueden ser bombeados, pero si agitados como algunas suspensiones pesadas, pastas y sólidos suspendidos, de gran tamaño.

CLASE III: Son aquellos materiales que no pueden ser agitados, o no permiten movimientos, por su tamaño, forma o fragilidad.

Algunos materiales quedan entre dos clases y la selección de un secador debe hacerse para aquellos que pueden operar las dos clases, por ejemplo, para operaciones en bache, los secadores al vacío son aptos para Clase 1, Clase II. 6.5.2.1 SECADORES ESTACIONARIOS En este grupo de secadores se encuentran entre otros: De ambiente o solares, hornos o estufas, de bandejas o estantes, de cabinas o compartimentos, de carro, cama o lecho fijo, de vapor, anaquel o estante enchaquetado y de ollas.

SECADORES DE AMBIENTE O SOLARES. Es el tipo de secador más antiguo y más ampliamente usado por su bajo costo en equipo, mantenimiento y en el combustible. Su mayor uso se circunscribe a productos agropecuarios, algunos productos alimenticios y minería.

Los productos que se van a secar se colocan generalmente, en el piso aunque hay diversas disposiciones dependiendo del producto en sí y de costumbres regionales. De todas maneras los métodos de colocación están sujetos a las condiciones climatéricas, siendo su mayor uso para épocas secas o poscosecha.

Para disminuir riesgos o evitar humedecimiento por lluvias se emplean bandejas que pueden ser movilizadas manualmente o se colocan sobre remolques. Algunas se equipan con aditamentos para cubrirlas en caso de lluvia.

Para manejar grandes volúmenes se requiere una considerable labor en áreas extensas de secamiento. Las tasas de secado son muy lentas y se corre el riesgo de obtener un producto no uniforme con índices de contaminación.

Con el alto costo de los combustibles o energía convencional, se han desarrollado equipos que emplean indirectamente la energía solar. Estos equipos se clasifican acorde con su diseño y no se consideran de ambiente o solares.

SECADORES DE CUARTOS U HORNOS (ESTUFAS) Igualmente son tipos antiguos y también de amplio uso. Generalmente son cubículos grandes con paredes fabricadas en material refractario y una puerta de acceso para introducir y retirar el material.

El horno dispone de un medio de calefacción directo o indirecto, anaqueles o

bandejas, ganchos y otros accesorios para manejar el material que se está secando (figura 6-11). La carga puede voltearse intermitentemente, para acelerar el proceso de secado y producir un material más uniforme.

Figura no 6-11 Estufa tipo “mufla” El horno de piso dispone de un nivel inferior en donde se carga el material y se puede calentar por encima con corrientes de aire, o por debajo con aire caliente que pasa a través de orificios, dispuestos para tal fin, en el piso (figura 6-12).

Frecuentemente se llaman hornos a los secadores rotatorios, pero el término estufa se aplica a estructuras cerradas en las cuales se apilan los materiales para su secamiento. La pila se puede colocar en un carro que se introduce en ésta, o puede hacerse directamente en el piso de la estufa; el proceso en este último caso es más demorado ya que se requiere dejarla enfriar para retirar el producto.

Cuando se emplean carros, el horno puede usarse en forma semicontinua, operando como un túnel con dos aberturas; mientras que por una boca se retira el producto seco, por la otra se introduce el material húmedo (figura 6-14)

Figura 6-13 El茅ctrica

Figura 6-14 Horno para carro Entre los aditamentos empleados en los hornos y estufas, se tienen tubos aleteados en los que circula vapor; el calor se transmite por convecci贸n y puede

producir convección forzada, empleando ventiladores. Para productos que sufren de encogimiento, se puede disponer de duchas de vapor, para adicionar humedad al aire. Los hornos y estufas tienen ventajas sobre los secadores ambientales, pues no existe dependencia del clima, pero están Imitados a su capacidad.

SECADORES DE BANDEJAS O ESTANTES, CABINAS O COMPARTIMENTOS. Indistintamente se aplican estos términos a los secadores, que emplean anaqueles sobre los cuales se colocan los materiales que se secarán. Estos secadores son recintos cerrados estacionarios, provistos de ventiladores para hacer circular aire a través del material húmedo.

En los secadores de estantes, el material se coloca directamente encima del anaquel, en tanto que las de bandeja emplean estos recipientes para colocar dentro de ellas el material húmedo. Cuando se usan anaqueles dispuestos en un solo cuerpo, el secador se denomina cabina, en tanto si el secador dispone de dos o más cuerpos, recibe el nombre de secador de compartimentos.

En los secadores de compartimientos se puede secar gran cantidad de productos, algunos se emplean en trabajos de laboratorio o en pequeña escala, son de operación muy simple aunque de baja eficiencia. Son empleados en el secado de almidón.

SECADORES DE CARRO. Estos secadores son una modificación de los anteriores, buscando con ellos facilidad de operación y disminución de los costos. Los estantes o anaqueles van sobre un carro que permite un fácil manejo. Este tipo de secadores de amplio uso en la industria de pastas alimenticias.

SECADORES DE CAMA O LECHO FIJO. Como su nombre lo indica, este secador emplea un lecho de amplias dimensiones en el cual se coloca el material que se va a secar. Aire caliente se hace circular a través del lecho, obteniéndose muy buenos resultados cuando la circulación se efectúa de arriba hacia abajo; ello obedece a que se evitan fugas y se aprovecha todo el calor del aire; el secado ocurre en un pequeño vacío debido a que el aire al enfriarse y absorber humedad dentro del material, causa una pequeña diferencia de presión.

En estos secadores y cuando el aire fluye de arriba hacia abajo, parte de la humedad del aire puede condensarse en la zona inferior del material y ser retirado, por arrastre en forma líquida.

En el secador de lecho fijo, la operación es lenta, ya que el aire debe ser mantenido a baja velocidad para evitar excesivas caídas de presión a través del

lecho; el secado no es uniforme ya que el área en contacto con el aire caliente se seca más.

Es un equipo de operación relativamente engorrosa, por el tamaño del lecho, aunque económica y de conveniencia para ciertos usos. Son aquellos ampliamente empleados en la industria del almidón, en especial para el obtenido a partir de la yuca.

SECADORES DE VAPOR. Estos secadores tienen usos bastante específicos, especialmente en la industria de la madera, para el secado e inmunizado y en menor grado para retirar de sólidos líquidos diferentes del agua.

El cuerpo del secador es un cilindro horizontal largo, provisto en su parte inferior de serpentines, por los cuales circula vapor sobrecalentado. El material que se va a secar se apila en estibas y se coloca encima de carros para ser así introducidos en el cilindro. Una vez se cierra el cilindro, se inyecta un agente secante, el cual la mayoría de las veces es agua. Una vez el nivel llega a las estibas, se procede a calentar la carga.

El agente secante se evapora, calienta el material, la humedad se evapora y se extrae conjuntamente con el agente secante. La mezcla se envía a un condensador para separar el secante de la humedad.

Después de que se ha alcanzado un cierto grado de humedad, se retira el líquido del cilindro y se aplica vacío al cilindro para remover el agente secante o humedad residual que aún tiene el material.

El agente secante y la presión dentro del cilindro pueden ser cambiadas para modificar las condiciones de secado, igualmente ciclos alternos de calor y vacío se aplican para optimizar el secado.

Estos equipos son costosos, al igual que la operación, pero son usualmente rápidos, producen un material homogéneo libre de cuarteaduras y grietas.

SECADORES DE ANAQUELES O ESTANTES ENCHAQUETADOS. Estos secadores constan de una cámara en anaqueles horizontales enchaquetados, montados uno encima de otro. El material que se va a secar, se coloca en anaqueles o en bandejas u otros recipientes para ser colocados en los estantes. El calor se transmite por convección, desde la parte inferior; por radiación desde la parte superior, empleándose como medio de calefacción vapor, agua y aceite calientes.

Estos aparatos permiten el uso de vacío en los anaqueles y el empleo del material congelado, teniendo gran aplicación en la industria farmacéutica biológica y para algunos productos alimenticios de fácil alteración.

Tiene las desventajas de los equipos para procesos de bache y altos costos de mano de obra para el manejo de materiales.

SECADOR DE OLLA. Es un secador típico para operaciones de bache, consta de una olla provista de una chaqueta , por la cual circula vapor. Dispone además de un agitador de brazos que mantienen el material en permanente agitación (figura 6-15).

Figura 6-15 Olla para secado al vacío La humedad evaporada sale a través de una chimenea que puede conectarse a un sistema de vacío. Algunas ollas disponen de una puerta lateral para la carga y descarga del material, en tanto que otras tienen una puerta superior para la carga y una inferior en el piso para la descarga.

Estos secadores, con el sistema de vacío, son empleados para remover solventes no acuosos de los sólidos. Posteriormente el solvente puede recuperarse condensando todos los vapores.

6.5.2.2 SECADORES DE TAMBOR Son equipos en los cuales el material que se va a secar forma una película

delgada sobre el exterior de un tambor que gira; por ello también reciben el nombre de película.

Estos equipos se emplean para secar materiales pastosos. El material húmedo se adhiere al tambor, que se encuentra caliente debido a que por su interior circula vapor. A medida que el tambor gira, el producto se va secando, de tal forma que antes de completarse una revolución, el material ya está seco. Una cuchilla colocada longitudinal y horizontalmente, retira, despegando, el material que cae a un transportador. Existen equipos que operan con un solo tambor y otros con dos, los cuales giran en sentido opuesto (figura 6-16).

Figura 6-16 Secador de doble tambor Para los equipos de un solo tambor se acostumbra tener alimentación en una batea que está en la parte inferior del tambor. En los equipos de doble tambor, la alimentación puede hacerse como se aprecia en la figura 6-16. Para evitar daños en los tambores cuando el material en masas se forza entre ellos, la rotación se efectúa en el sentido contrario a la dirección de la alimentación, como se aprecia.

Los secadores de tambor son muy apropiados para materiales que están clasificados entre la Clase l y la Clase II; un inconveniente lo constituye la humedad crítica alta de algunos materiales que exigen un tiempo considerable de secado, lo que conlleva diámetros muy amplios en el tambor o velocidad de giro supremamente lenta. Algunos materiales sensibles al calor pueden formar incrustaciones, lo que lleva a una deficiente transferencia de calor.

6.5.2.3 SECADORES DE TRANSPORTADOR Algunos de los secadores de transportador son: Túnel, turbo, anaqueles con chaqueta rotatorios, de torre, de tornillo, vibratorio y vibratorio enchaquetado.

SECADORES DE TÚNEL Un secador de túnel consiste en un recinto largo de sección radial relativamente pequeño y a través del cual circulan carros, cintas u otros transportadores que llevan el material que se secará. El calor requerido puede ser logrado por radiación o convección-conducción. Ejemplo figura No 6-17

Figura 6-17 Horno frutos secos Normalmente se emplea aire caliente; cuando el aire fluye en igual sentido al del material, se tiene túnel de flujo en paralelo o contracorriente. El túnel es de flujo en contracorriente cuando el aire y el material fluyen en sentido opuesto. Algunos tipos de túnel presentan flujo paralelo-contracorriente, cuando la alimentación del aire se hace por el centro y la salida por los extremos, o como el que se representa en la figura No 6-18 En el flujo paralelo el aire puede tener altas temperaturas ya que la alta humedad inicial del material evita daños en el mismo, pero generalmente no se obtienen productos muy secos, ya que al final del proceso el aire ha obtenido alta humedad, por el contrario permite obtener productos bastantes secos, pero limita la temperatura del aire.

FIGURA NO 6-18 SECADORES DE TÚNEL El túnel del flujo paralelo-contracorriente combina las ventajas de emplear aire a alta temperatura: obtener productos muy secos; realmente puede ser considerado como dos túneles en un mismo recinto.

Un cuarto tipo de secador de túnel es el de flujo cruzado en el cual el aire fluye transversalmente a la dirección de flujo del material. Esté equipo permite emplear aire con diferentes temperaturas y grados de humedad.

En general, los túneles de secado son equipos muy costosos, comparativamente los de flujo cruzado y paralelo-contracorriente lo son más aún por los controles adicionales que requieren.

Para materiales densos y granulados, se emplean bandas perforadas y el aire fluye por la parte inferior siendo forzado a atravesar el lecho móvil. Estos secadores reciben el nombre de secadores de banda con circulación forzada,

manejan una amplia variedad de sólidos, son de bajo costo y muy económicos en su operación. Algunos secadores de este tipo se representa en la figura No 75

FIGURA No 6-19 Secador de transportador con circulación forzada La longitud del túnel puede reducirse empleando varias bandas o cintas, que se mueven en direcciones opuestas y superpuestas unas sobre otras. La banda superior descarga en la inferior que se mueve en dirección opuesta. Al terminar su recorrido esta segunda banda puede descargar en una tercera.

Para forzar el flujo de aire se emplean deflectores longitudinales, lo que permite tener flujos paralelos o en contracorriente. Cuando no se tienen deflectores, puede tenerse un flujo cruzado o la combinación paralelo-contracorriente. En estos túneles puede emplearse también aire a diferentes temperaturas, utilizando ventiladores independientes, lo que permite condiciones de secado independiente en diversos puntos.

TURBO SECADORES Este tipo de secador ha ganado amplia aceptación en los últimos tiempos, a través de las variaciones realizadas sobre el diseño básico. El secador consta básicamente de un cilindro vertical dentro del cual se encuentran bandejas anulares que giran alrededor de ventiladores o turbinas centrales.

El cuerpo central del secador está constituido por ventiladores o turbinas dispuestas verticalmente y soportadas sobre un mismo eje, girando a altas revoluciones, circundando los ventiladores se tienen varillas verticales sobre las

cuales van bandas metálicas dispuestas en anillos horizontales; sobre estas bandas se soportan las bandejas que reciben el material que se secará. Entre cada bandeja existe un canal o ranura a través de la cual se descarga el material, mediante una cuchilla niveladora. Las bandejas se limpian por medio de un raspador colocado a continuación de la cuchilla, permaneciendo estáticos estos dos aditamentos que van unidos al cilindro o carcaza del secador. El conjunto de bandejas gira a bajas revoluciones y cada nivel va descargando al inferior. El material seco se recoge a través de una tolva que descarga en un transportador.

El aire se introduce por aberturas ubicadas en el fondo del cilindro y mediante los ventiladores se hace circular a través de las bandejas para salir por la parte superior del secador, a la vez el producto húmedo se carga por la parte superior.

Dependiendo del modelo de secador, el aire puede ser previamente calentado o se calienta dentro del secador mediante tubos aleteados por los cuales circula vapor y dispuestos verticalmente entre los extremos de las bandejas y las paredes del secador.

Estos secadores ocupan poco espacio, son muy económicos; apropiados tanto para productos granulares como para polvos. Para prevenir incrustaciones en los tubos de calentamiento, estos se colocan exteriormente al cuerpo del secador y mediante ductos se hace circular el aire. El turbo secador no es apropiado para secar materiales fibrosos, ya que estos tienden a enredarse, tampoco procesa materiales viscosos.

SECADORES ROTATORIOS DE BANDEJAS. Este secador es una adaptación del secador de bandejas para tener una operación continua. Las bandejas circulares se disponen horizontalmente alrededor de un eje central. Adheridas al eje, se colocan unos rastrillos que al girar hacen que el material descargue a través de orificios practicados en las bandejas.

Una bandeja tiene orificios en la parte exterior en tanto que la subsiguiente los tiene en la parte interior, lo que permite un flujo continuo del material que cae de una bandeja a otra. El secador está limitado a materiales granulares que fluyen fácilmente, es un equipo compacto con las ventajas de los secadores continuos. El aire caliente es alimentado por la parte inferior y descarga en la cima.

SECADORES DE TORRE. Son equipos usados principalmente para sacar granos como: maíz, trigo, cebada, etc. El producto se carga en un tolva en la parte superior de la torre y se mueve en ésta por gravedad, formando una cascada entre cortinas inclinadas adheridas a las paredes de la torre. El aire caliente circula a través de las cascadas, secando y en ocasiones limpiando el material.

SECADORES DE TORNILLO. Estos secadores usualmente constan de un tubo de gran diámetro a través del cual el material que se va a secar se obliga a fluir mediante un tornillo sinfín o un transportador sinfín. El tubo puede tener una carcaza de calentamiento por vapor o se hace fluir aire caliente dentro del tubo para lograr el secado.

Equipos más sofisticados emplean el tornillo de doble pared o enchaquetados para tener este elemento como el medio generador de calor requerido. Los secadores de tornillo están imitados a aquellos materiales que no produzcan incrustaciones o recubrimientos y puedan ser manejados por esta clase de transporte. No son adecuados para pastas, materiales viscosos y productos fibrosos. Algunos productos pueden ser desmenuzados y degradados por la acción del tornillo.

SECADORES VIBRATORIOS. Un tamiz fino vibratorio permite que el aire caliente fluya a través del material en estos secadores. El flujo de aire es lo suficientemente alto para permitir que el material forme un lecho fluidizado y así tener tasas altas de secamiento. Grandes ventajas tiene este secador de muy amplio uso en la industria de alimentos. Su operación es muy suave y muy poca alteración física o química ocurre aún en materiales frágiles.

El aparato puede ser trabajado por secciones, operando en serie. Cada sección puede tener temperatura y velocidad de aire diferente, profundidad del lecho y tiempo de operación variables para ajustar las condiciones de secado. Por ejemplo, altos flujos de aire y altas temperaturas pueden ser empleadas en la sección en que ocurre el secamiento con tasa constante.

La temperatura del producto se mantiene constante a la temperatura de bulbo húmedo, debido a la evaporación de la humedad. En esta zona, la tasa de secado puede ser tan alta como tan rápida sea la acción de la transferencia de calor, por convección que a la vez es función de la velocidad del lecho fluidizado. Bajas temperaturas y bajas velocidades se emplean en la etapa de tasa decreciente, permitiendo que la temperatura del producto se aproxime a la del medio calefactor.

En esta zona, la tasa de sacado es independiente de la velocidad del aire y es el lecho fluidizado quien lo define.

El secador vibratorio está limitado a aquellos materiales que pueden ser manejados por un sistema de transporte vibratorio.

SECADOR VIBRATORIO DE CARCAZA. En este equipo, la transferencia de calor ocurre principalmente por conducción en el transportador vibratorio que tienen las superficies conformando una carcaza o chaqueta a través de la cual circula vapor de agua o aire caliente.

Una muy buena ventaja es la suavidad en la acción del transporte, las partículas del material están en permanente movimiento y ocurre menos alteración que, la que se tiene en el sistema anteriormente descrito. Igualmente puede trabajarse por secciones con las ventajas ya mencionadas.

6.5.2.4 SECADORES ROTATORIOS. Los secadores rotatorios mas comunes son: El directo, indirecto, de tubos de vapor, directo-indirecto y de lumbrera o persianas. En la figura No 6-20 se muestran ejemplos de este tipo de secadores.

SECADOR ROTATORIO DIRECTO El secador está conformado por un cilindro ancho y largo, dispuesto con una ligera inclinación sobre rodillos para tener un movimiento rotatorio, (figura No 6-21).

Interiormente el cilindro posee aletas para permitir arrastre y volteo de material que normalmente se carga, por el extremo superior y aprovechando la gravedad y el movimiento rotatorio, descarga en la parte inferior.

Figura 6-20 Secadores rotatorios

FIGURA NO 6-21 SECADOR ROTATORIO DIRECTO Para materiales livianos, la carga se hace por la parte inferior y aprovechando el arrastre que causa el aire caliente, la descarga se tiene en la parte superior.

Las paletas dispuestas en el sentido longitudinal del cilindro llevan el material hacia la zona superior y a medida que el cilindro gira, el material de la parte superior cae por gravedad y entra en un contacto íntimo con el aire. La conformación de las aletas permite que el material caiga en el área seccional del cilindro formando una verdadera cascada.

El aire o gas de secado puede fluir en paralelo o en contracorriente respecto al material. El flujo en contracorriente produce bajos contenidos de humedad, pero no puede usarse en algunos materiales ya que los gases calientes entran en contacto con el material ya seco y pueden elevar considerablemente la temperatura del producto. Con el flujo en paralelo también conocido como flujo concurrente se pueden tener muy altas temperaturas para tener la mayor eficiencia térmica ya que la evaporación de humedad del producto que se está alimentando húmedo, mantiene la temperatura relativamente baja y muy cercana a la temperatura de bulbo húmedo. En estos secadores se emplean altas velocidades de aire, su limitación es función del tamaño de las partículas del material que se va a secar o de la tendencia a formar polvo que puede ser arrastrado fuera con mermas importantes.

El secador rotatorio directo es inflexible y los materiales livianos son difíciles de

manejar, lo mismo que los frágiles y friables son muy susceptibles a la rotura. Es un equipo fácil de operación, relativamente simple, barato y de una amplia capacidad.

SECADOR ROTATORIO INDIRECTO. Posee igualmente un cilindro rotatorio inclinado, a través del cual fluye el material sin que tenga contacto directo con el medio.

En la forma más sencilla, la pared del cilindro es una camisa por la cual circula aire o productos de combustión. El aire se calienta en el exterior del cilindro o en un horno u hogar exterior, se quema un combustible y por un ducto se conecta al secador, aletas interiores en la camisa a manera de deflectores, obligan a los gases calientes a pasar sobre toda la superficie exterior del cilindro; aletas interiores arrastran el material. Algunos tipos disponen de un cilindro central por el cual se hacen retomar los gases aún calientes para incrementar la eficiencia del aparato; el material fluye entonces a lo largo de un anillo de gran diámetro. Los gases se descargan a una chimenea, en tanto que la humedad en forma de vapor se retira por el extremo del cilindro. Un secador rotatorio indirecto muy común es el de tubos estáticos por entre los cuales circulan los gases calientes; estos tubos están encerrados dentro de una carcaza giratoria, provista de aletas dispuestas longitudinalmente; este secador es parecido a un intercambiador de tubo y carcaza aunque la separación entre tubos es muy amplia para facilitar el flujo del material.

La capacidad de los secadores rotatorios indirectos es inferior a la de los directos y es de utilidad cuando no puede tenerse un contacto entre el aire o gases calientes y el producto que se va a secar. Para evitar atasques de los productos dentro del secador se emplean algunos aditamentos como golpeadores, raspadores, etc. Ver figura No 6-23.

Figura 6-23 Secador rotatorio indirecto SECADOR ROTATORIO DE VAPOR. Es un secador indirecto pero se clasifica aparte por sus características de operación que son muy diferentes a las de otros equipos rotatorios. Los tubos aleteados, en los cuales circula vapor, se colocan concéntricamente adheridos, a la pared del cilindro rotatorio; normalmente se emplea una vuelta de tubos, aunque existen secadores de dos o tres vueltas (figura 6-24).

FIGURA No 6-24 Secador rotatorio de vapor Estos equipos presentan una gran superficie de calefacción lo que permite una gran capacidad de secamiento; a menudo se colocan aletas ecualizarles que hacen fluir el material, producen arrastre hacia la parte superior del cilindro, favoreciendo la formación de cascadas, así, el calor se transmite tanto por convección como por conducción y algo por radiación.

El secador no es apropiado para manejar productos viscosos o pastas pues forman incrustaciones; materiales puntiformes pueden introducirse entre el cilindro y los tubos o en las aletas de los tubos; si a pesar de su alta eficiencia son costosos, tienen altas temperaturas de secado, lo que limita su uso a materiales que no sufran degradación por calor.

SECADOR ROTATORIO DIRECTO-INDIRECTO. El secador combina un calentamiento exterior con un contraste directo del aire o gases y el material. El cilindro rotatorio consta de una chaqueta por la que inicialmente fluye el aire caliente de un extremo al otro, al finalizar su flujo en la chaqueta por el interior del cilindro se devuelve donde se encuentra el material. El flujo en el interior del cilindro se hace generalmente en contracorriente para favorecer altas temperaturas en el aire o gas de combustión; con este flujo, los gases calientes pueden ceder mayor cantidad de calor al material húmedo que entra al aparato.

Un modelo del secador, consta de dos cilindros concéntricos; en el espacio anular fluye el material húmedo en tanto que los gases calientes lo hacen por el tubo interior. Estos equipos son difíciles de asear, mucho más costosos que los directos pero la eficiencia y capacidad son altas.

SECADOR ROTATORIO DE LUMBRERA O PERSIANA. El prototipo de este secador consta de dos bandejas o persianas sobre lapadas al cilindro rotatorio; las bandejas mantienen la carga que se va secando a medida que los gases o aire caliente pasan a través de ellas, como se aprecia en la figura No 6-23.

Figura 6-23 Secador Roto - Louvre El tipo más común es el llamado Roto-Louvre, muy similar al secador rotatorio directo. Sobre el cilindro horizontal se montan soportes internos radiales para las bandejas. Las bandejas se montan sobre los soportes en ángulos rectos, de tal forma que ellas se superponen unas a otras formando una superficie interna a manera de persiana, la cual lleva el material en forma de lecho.

El material en el lecho sube a medida que el cilindro gira y cae rodando sobre la superficie del lecho; tiene por lo tanto un movimiento envolvente y da la impresión de ser un lecho fluidizado mecánicamente. El movimiento es muy lento y suave, de tal forma que el material sufre mínimos daños.

Los soportes radiales entre la carcaza y la bandeja forman ductos para los cuales fluye el aire o los gases calientes que solo pueden salir en la sección que está cubierto por el material, atraviesan el lecho retirando la humedad y salen por el extremo inferior del cilindro.

Diseños modificados han implantado soportes radiales más largos en el extremo inferior del cilindro o a la entrada del material, de tal forma que las bandejas o persianas forman un cono truncado con la parte más ancha en la descarga del

material; esta transformación tiene dos ventajas: la primera, permite que el material fluya por gravedad hacia la salida del secado y la segunda que el ducto de aire sea más ancho a la entrada del material donde el lecho es menos profundo y por la velocidad alta del aire, se tengan tasas más altas en el comienzo del proceso.

La profundidad del lecho se controla por compuestos a la descarga y debe ser lo suficiente para permitir la mejor transferencia de calor de los gases al material. No existe problema de polvo ya que el lecho actúa como filtro. Son equipos de muy buena eficiencia térmica y amplia capacidad y bajo costo de operación.

6.5.2.5 SECADORES AL VACIO Se encuentran secadores de anaqueles, de tambor, rotatorio, cónico y congelador.

Muchos productos alimenticios son muy sensibles al calor y pueden ser fácilmente oxidados, requieren bajas temperaturas para su secado. Un secador al vació permite el uso de temperaturas muy bajas, da una eficiencia térmica, permite la recuperación de solventes y produce mínima contaminación. El secador al vacío es costoso; su operación es de bache o semicontinua y requiere de sistemas especiales para cargue y descargue. Los secadores al vacío implican de receptáculo completamente hermético en el cual puede hacerse el vacío, la humedad retirada en formado vapor se condensa y extrae por medio de una bomba de vacío. La temperatura puede mantenerse baja y regularse tanto por el vacío como por el elemento de calefacción.

La capacidad del secador al vacío es reducida, especialmente en los de bandeja; en los secadores rotatorios de tambor o de cilindro se incrementa la capacidad pero su empleo se restringe para aquellos materiales que pueden ser agitados (figura No 6-24).

En los secadores rotatorios existen dos tipos muy comunes: uno llamado vacío rotativo, que consiste en un cilindro horizontal estacionario dentro del cual se tiene un agitador rotatorio. El cilindro dispone de una chaqueta de calefacción.

En el segundo tipo denominado secador rotatorio al vacío, el cilindro enchaquetado gira y se tienen aletas cuyo fin es permitir el volteo del material; en estos equipos no se requiere de arrastre para la formación de cascada, simplemente se busca revolcarlo.

Figura 6-24 Secador al vacío Un proceso de secado al vacío desarrollado últimamente con excepcionales ventajas en la calidad de los productos, es el llamado liofilización. En este proceso el material que se va a secar se congela y controlando el vacío, la temperatura del agua de humedad que se ha solidificado en la congelación, se sublima. El secado ocurre más por sublimación que por evaporación. En la figura No 6-25, se muestran un liofilizador de bandejas.

En la liofilización se debe tener un control muy estricto sobre la temperatura, ya que al sublimarse el agua absorbe calor del material que en un momento dado puede sobre enfriarse y sufrir daños. El sistema se emplea en alimentos sensibles al calor, evita la decoloración o cambios de color, pérdidas de aromas y sabor así como conserva los nutrientes y vitaminas, aunque es un proceso costoso.

6.5.2.6 SECADORES COMBINADOS SECADOR FILTRO. Es una combinación de un filtro continuo rotatorio al vacío y un secador. El filtro se introduce en un cilindro haciéndose circular aire caliente para secar la torta adherida al cilindro.

El uso de este secador conlleva a las dos operaciones, filtro y secado consecutivos para materiales que pueden ser filtrados al vacío y tienen valores bajos del contenido crítico de humedad.

Su principal ventaja es que combina dos operaciones empleando un solo equipo.

SECADOR CENTRIFUGO.

Como el secador filtro, este aparato combina dos procesos en un solo equipo. Una centrífuga continua descarga el material que es soplado alrededor de la circunferencia de un cilindro horizontal corto, por una corriente de aire caliente.

El cilindro tiene deflectores espirales que forman el material hacia su descarga, en un orificio practicado en un extremo del cilindro. El aire pasa luego a un ciclón para retener el polvo producido.

Como en el equipo anterior, su uso se restringe a materiales de contenido critico de humedad bajo que pueden ser centrifugados y secados.

6.5.2.7 SECADORES DE BOBINA O DE ROLLO Se encuentran de cilindros, laminador y de cuadros o platinas. Estos equipos se emplean para secar materiales en forma de lámina continua que se desliza sobre uno o más rodillos que son calentados internamente, por gases calientes o vapor.

Cuando se emplea más de un rodillo, la lámina de material puede alternar la cara que está en contacto con el rodillo, así favorece la eliminación de la humedad.

En ocasiones el material se soporta sobre una banda que a la vez mantiene el material en contacto con el cilindro y se obtiene un secado más uniforme.

Algunos equipos disponen de toberas de aire caliente que lo proyectan sobre la superficie de la lámina, incrementando la capacidad de secado, igualmente se emplean calentadores infrarrojos.

6.5.2.8 SECADORES DE PARTICULAS SUSPENDIDAS SECADOR DE CHORRO “SPRAY DRYERS” Estos equipos son de amplio uso para materiales pulverizados y su operación se basa en la atomización del material húmedo por un gas caliente, usualmente aire.

El chorro o spray puede formarse por una tobera de doble orificio, de alta presión o un disco centrífugo perforado. Las toberas de doble orificio no producen un material uniforme y son de baja eficiencia para aftas capacidades, razón por la cual su uso se ha restringido a operaciones de baja presión y trabajos de planta piloto. La tobera de alta presión es apropiada para uso en contracorriente, ya que el chorro puede dirigirse directamente a la alimentación. Sin embargo, no tienen flexibilidad al variar la tasa de alimentación o tasa de humedad. Para obviar este problema se instalan toberas que se van operando a medida que la alimentación o la humedad aumentan.

Las toberas se desgastan fácilmente y con algunos materiales se obstruyen, siendo necesario aseo y mantenimiento periódico.

Los discos centrífugos son elementos más versátiles que las toberas, pues manejan con gran flexibilidad la tasa de alimentación o contenido de humedad.

Permite igualmente el manejo de productos con tamaños de partícula mayores que los que pueden manejar las toberas.

Los secadores de chorro también llamados atomizadores, el flujo puede ser concurrente, en contracorriente o una combinación de los dos. El flujo concurrente es aplicable a materiales muy sensitivos al calor, pues la tasa inicial de evaporación, muy alta, mantiene los sólidos a temperaturas cercanas a la temperatura de bulbo húmedo y rápidamente pueden ser enfriados los gases circundantes a la alimentación.

Altas temperaturas de entrada del aire y bajas temperaturas de salida del producto hacen que estos equipos tengan una eficiencia térmica alta; sin embargo, no se obtienen productos de bajo contenido de humedad porque el producto abandona la cámara de secado con el gas húmedo. De otra parte el producto tiene la tendencia a disminuir su densidad ya que el vapor que se escapa rápidamente de las partículas, tiende a aumentar el tamaño de estas y por consiguiente a disminuir la densidad. En algunos casos se producen pequeñas esferas huecas, por la expansión del vapor dentro de la partícula.

El flujo en contracorriente se usa para productos de alta densidad, las partículas obtenidas son esferas o gránulos sólidos y en ocasiones se forman aglomeradas ya que pequeñas partículas pueden ser mantenidas en suspensión por la corriente del gas y luego aglutinadas por las partículas húmedas. El producto así obtenido es menos uniforme.

Los secadores de chorro son indicados para la producción de altos volúmenes de materiales sensitivos al calor con contenidos críticos de humedad bajos. Las partículas atomizadas tienen una gran área superficial y la evaporación es tan rápida que la temperatura del material se mantiene baja, aun con altas temperaturas del gas. Adicionalmente, el tiempo de exposición a los gases calientes así como el tiempo de secado son muy cortos.

Como desventajas de este equipo se anotan: su inflexibilidad a las variaciones de humedad o alimentación; la recuperación de partículas suspendidas en las corrientes de aire o la remoción de las paredes del recipiente y los costos de los equipos que son comparativamente muy altos respecto a otros equipos de similar capacidad.

SECADORES INSTANTÁNEOS En estos equipos los materiales se dispersan en el gas caliente y a través de un ducto se llevan verticalmente a un ciclón para separar el gas del material. La distancia recorrida por el material es muy corto y el secamiento ocurre muy rápidamente; los productos sensitivos al calor se pueden manejar fácilmente. (figura No 6-26).

FIGURA NO 6-26 SECADOR INSTANTÁNEO FLASH Cuando el tamaño de las partículas del material es pequeño, la alimentación puede hacerse directamente a la corriente de gas caliente. Partículas grandes, pastas o tortas se desintegran en un molino antes de ser alimentado a la corriente.

En ocasiones se hace circular aire caliente en el desintegrador para retirar las partículas que han llegado al tamaño requerido para su arrastre. Algunos equipos emplean un ducto divergente, lo que permite que la velocidad del aire disminuya y las partículas húmedas pesadas desciendan para ser adecuadamente secadas.

En muchos equipos se emplea un by-pass en la descarga del producto seco, el cual se conecta a la alimentación húmeda para acondicionar el material húmedo a una apropiada dispersión en la fase gaseosa. Cuando la alimentación es muy húmeda se operan dos o más equipos en serie. La eficiencia se incrementa así como se reducen los problemas de formación de polvo.

El secador instantáneo se limita a aquellos materiales que pueden llevarse a partículas bastante pequeñas, que no sean abrasivos e igualmente que no se adhieren a las paredes del ducto. Los equipos son relativamente económicos para altas capacidades y se emplean particularmente cuando se tienen operaciones conjuntas de reducción de tamaño y secado.

SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO. El secador de lecho fluidizado se emplea para secar materiales con un alto contenido de humedad interna y que no pueden ser secados en forma instantánea. El equipo consta de un cilindro vertical con un fondo plano perforado a través del cual son forzados los gases calientes a una velocidad lo suficientemente alta como para fluidizar el lecho de partículas (figura No 6-27).

El material húmedo es alimentado al lecho mediante un transportador sinfín o una banda transportadora y se retira automáticamente por un ducto. Si el material es denso y tiende a acumularse en el piso del lecho se emplea una boca de descarga en el fondo del secador.

Para materiales de bajo contenido de humedad, el producto puede retirarse directamente del lecho. Para materiales de alto contenido de humedad es conveniente efectuar una recirculación, ya que el material húmedo se mezcla y cubre rápidamente por material seco. La turbulencia y el contacto entre el gas y el material produce un secamiento rápido, la mezcla suave y completa del lecho fluidizado, mantiene la temperatura uniforme.

El secador es de fácil construcción, compacto, de fácil control y operación, pero los materiales que se secarán están limitados a aquellos conformados por partículas pequeñas.

Figura 6-27 Secador de lecho fluidizado

6.5.2.9 SECADORES ESPECIALES SECADORES DIELÉCTRICOS Estos equipos se basan en la formación de calor dentro de las partículas, sin que se tenga transferencia de calor a través de la superficie. La fuente de energía es una corriente eléctrica de altísima frecuencia alterna generada entre dos electrodos. Cuando el material húmedo se coloca en el campo eléctrico formado por los dos electrodos, rozamientos internos de la molécula de líquidos polares generan calor en forma rápida y uniforme.

Es un equipo muy costoso tanto por su valor inicial como por sus costos de operación lo que ha limitado su uso.

SECADORES INFRARROJOS Los secadores infrarrojos son aparatos basados en transferencia de calor por radiación, empleando una fuente de calor radiante, como paneles o refractarios calentados por vapor o gas o resistencias eléctricas. Los materiales manejados en los secadores infrarrojos deben estar exentos de polvo, ya que se corre el riesgo de explosiones; esta circunstancia obliga a que los materiales muy finos sean compactados para formar gránulos.

El altísimo costo de operación de estos secadores ha limitado su uso a casos muy especiales; requieren muy poco espacio y secan muy rápidamente la humedad de la superficie, lo que los hace útiles como equipes auxiliares para incrementar la capacidad del secado.

Una muy buena ventaja es que el calor radiante puede aplicarse localmente en las zonas húmedas de piezas grandes sin que se requiera calentar todo el objeto. Los secadores infrarrojos son empleados con muy buena eficiencia en procesos de liofilización como se aprecia en la figura No 6-28

Figura 6-28 Secador Infrarrojo.

PLANTAS DE SECADO POR ATOMIZACIÓN En una planta de secado por atomización se elimina el agua para obtener un producto seco de larga vida y de un volumen reducido, siendo así un proceso idóneo para la conservación de elementos nutritivos en productos almacenados.

Se ofrece una variedad de diseños de plantas de secado, dependiendo de la especificación del producto final.

Planta de secado sin lecho fluido integrado. Esta planta se presenta en dos diseños distintos, el tipo convencional (SDP y SDI) y el tipo alto (TFD). El SDP incluye una unidad de atomización y un sistema neumático de enfriamiento y transporte, el aire de secado se introduce alrededor del atomizador situado en el dispersor de aire. La mayoría del producto seco abandona la cámara por el fondo cónico, mientras que el aire, arrastrando algo de producto, pasa al ciclón y son mezcladas y enfriadas en el sistema neumático de transporte antes del en secado.

El dispersor de aire permite una atomización rotativa o mediante toberas a alta presión dando así la flexibilidad de sacar una variedad de productos. Este diseño es idóneo para productos no aglomerados y de alta densidad incluyendo leche

descremada, leche entera y suero en polvo. Ver figura No 6-29

Figura 6-29 Secador de leche Algunos diseños incluyen un vibro-fluido montado en el fondo de la cámara de secado y se clasifica como una planta de secado de dos etapas. El producto seco sale de la cámara con un 5 - 6% de humedad residual y es secado en el vibrofluidizador mediante aire caliente distribuido uniformemente por una placa especial perforada. Esta placa está soldada a la cámara de aire especial perforada. Este diseño se utiliza para la obtención de leche en polvo aglomerado de alta fluidez para consumo general, así como para suero no higroscópico.

La planta de secado cuenta con atomización por toberas y un flujo de aire laminar descendente dentro de la cámara de secado, que reduce al mínimo el contacto del producto con la pared de la cámara. Esto permite periodos más largos de operación entre limpiezas. Incluso para productos pegajoso. El aire sale por la parte superior del cono, de mayor diámetro, asegurando una transferencia mínima de partículas finas a los ciclones y así se minimiza el riesgo de obstrucción en el ciclón y las emisiones de polvo.

El secador dispone de un vibro-fluidizador montado en el fondo para el secado u enfriamiento final. Se usa generalmente para: Alimentos infantiles con un alto contenido de grasa y carbohidratos, proteínas de suero, proteínas de soja y leche.

Planta de secado con lecho fluido Integrado. Existen dos diseños diferentes, el tipo compacto (CDP y CDI) y el de múltiples etapas (MSD). El secador compacto se compone de una cámara de secado convencional con dispersor de aire en el techo y un lecho fluido estático de forma anular integrado en el fondo de la

cámara. Este diseño permite la realización de la segunda fase del secado con un mayor contenido de humedad, dando lugar a una inferior temperatura de salida y a una mayor eficiencia térmica. En este tipo de planta puede usarse atomización o por alta presión. El secador tipo Compact CDP está provisto de un sistema neumático de enfriamiento y transporte para la producción de leche y suero en polvo no aglomerado y de alta densidad. El tipo Compact CDI incluye un vibrofluidizador montado en el fondo de la cámara para secado y enfriamiento final.

Con el fin de obtener productos con grasa, solubles en agua fría, puede también aplicarse en el sistema de lecitinación. Aplicaciones típicas incluyen leche en polvo aglomerado e instantáneo, suero no higroscópico, alimentos infantiles y productos reengrasados. La planta es muy flexible y puede también producir leche en polvo convencional no aglomerada.

La tecnología del lecho fluido integrado ofrece una posibilidad única para modernizar las plantas convencionales tipo SDP y SDI. con el fin de aumentar la capacidad y mejorar la economía térmica y la calidad del producto.

La planta de secado de múltiples etapas, con sus diferentes diseños de cámara, es una alternativa popular, ya que se puede secar con éxito una gran variedad de productos, incluyendo los generalmente conocidos como “difíciles de procesar”.

Este concepto especial, del concentrado es atomizado sobre la capa de polvo en el lecho fluido y se crean aglomerados gruesos. El aire de secado entra en la cámara por el dispersor de aire y por el lecho fluido integrado. El aire es aspirado en la parte superior de la cámara. El producto seco sale del lecho fluido integrado y entra un vibro-fluidizador para su secado y enfriamiento final.

La tecnología MSD es reconocida por el bajo consumo energético.

DESHIDRATADOR Los secadores generalmente son cabinas provistas interiormente de un ventilador para circular aire a través de un calentador; el aire caliente sale por una rejilla de láminas ajustables y es dirigido bien horizontalmente entre bandejas cargadas de alimento o bien verticalmente a través de las bandejas perforadas y el alimento. El deshidratador dispone de reguladores para controlar la velocidad de admisión de aire fresco y la cantidad deseada de aire de recirculación. En la figura No 87 se observa el aspecto en planta de dos tipo de deshidratadores.

Figura 6-30 Ejemplos de deshidratadores Son secadores continuos o discontinuos de circulación de aire caliente para el secado de harina, coco rallado, etc. Los secadores continuos y discontinuos se componen de: • • • • • • • • • •

-Filtro continuo de aire.

-Ventilador eléctrico centrífugo de elevada capacidad.

-Condensador de aire de vapor saturado, tipo radiador.

-Secador de lecho perforado con cuerpo térmicamente aislado, capa móvil para exhausting de secado.

-Con radiador y ventilador eléctrico, todos sus componentes restantes son construidos en acero inoxidable.

La capacidad de producción de cada secador depende de: -Humedad inicial del producto -Espesura de la cama del producto -Área útil del secador -Temperatura del aire de secado

CAPITULO SIETE

EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

OBJETIVOS ESPECIFICOS 4. Conocer la clasificación general de los equipos de transferencia de calor.

5. Identificar las características principales y el principio de operación de los diferentes equipos.

6. Desarrollar capacidades de análisis y criterios técnicos que permitan la toma de decisión en el momento de la selección de los equipos.

7. Practicar el predimensionamiento de un equipo.

7.1 generalidades Los equipos para transferencia de calor son aparatos que permiten flujo de calor o transferencia térmica de un cuerpo a otro. Existen equipos para efectuar tratamientos térmicos a los alimentos ya sea para causarles cambios físicos o químicos o esterilizarlos. Tratamientos térmicos inversos, como la refrigeración y congelación, son empleados en la conservación de alimentos o para producir algunas modificaciones como coagulación de proteínas, precipitación de geles, obtención de gelatinas, etc.

Los aparatos más sencillos son recipientes donde se mezclan los fluidos caliente y frío, en tanto que los más comunes son aquellos en los cuales los fluidos están separados por una pared, que puede ser desde una sencilla placa plana hasta configuraciones bastante complejas que incluyen diversos accesorios, todos encaminados a buscar la mayor eficiencia en la transmisión de calor.

En el diseño de los aparatos para transferencia de calor intervienen varios factores, desde el análisis térmico, así como aspectos estrictamente mecánicos, resistencia, peso , pérdidas de cargas, etc., hasta consideraciones de índole económica.

Se estudiará inicialmente los aparatos más comunes, empleados en la transferencia de calor y os equipos de los tratamientos térmicos más usuales en la Industria de Alimentos.

En los procesos industriales la energía calorífica se transmite por diversos métodos y aparatos. Así, se tienen calentadores de resistencia eléctrica en que se emplean los mecanismos de transferencia por conducción; en los intercambiadores de calor, aparatos en que existe flujo de fluidos, operan los mecanismos de conducción-convección; en hornos y secadores se emplea la radiación.

En ocasiones los aparatos operan en estado estacionario, pero existen muchos procesos de operación cíclica como en el caso de tanques agitados y hornos regenerativos. Acorde al uso específico al cual se destina el equipo, éste se clasifica y estudia de acuerdo con la siguiente clasificación.

INTERCAMBIADORES DE CALOR Son aparatos que permiten la transferencia de calor entre dos fluidos en el mismo estado o uno de ellos puede encontrarse en fase diferente (vapor-líquido o líquidovapor). Los intercambiadores puede ser calentadores cuando el fin primordial es calentar un fluido frío empleando vapor de agua, aceite caliente y en ocasiones, gases calientes, y enfriadores para enfriar fluidos en un proceso empleando para tal fin agua fría, salmuera, amoniaco o líquidos refrigerantes como propilen-glicol, freón, etc.

CONDENSADORES Como su nombre lo indica son aparatos que remueven el calor latente de un gas o vapor produciendo la condensación de éste. Salvo equipos muy específicos, la condensación de vapores se efectúa adecuadamente en los intercambiadores de calor.

HERVIDORES Aparatos para proveer calor latente y permitir cambio de fase, de liquido a gas. Se emplean ampliamente en operaciones de destilación.

EQUIPOS PARA TRATAMIENTOS TÉRMICOS Buscan por medio de ellos, modificaciones en los alimentos mediante cocción, horneo, freído, asado, escaldado y en métodos de aplicación directa o indirecta de calor; son los llamados recipientes, de diversa forma y tamaño, siendo de amplio uso en alimentos sólidos.

EQUIPOS PARA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS Algunos equipos son diseñados para esterilizar directa o indirectamente los alimentos, mediante el fenómeno de pasterización. Cuando la pasterización es directa, se emplean equipos normales de intercambio de calor que se denominan pasterizadores. Para pasterización indirecta (alimentos empacados) se emplean los esterilizadores.

Un medio de conservación de los alimentos es el frío. Algunos equipos bajan considerablemente la temperatura de los productos y favorecen su conservación durante mucho tiempo. Estos equipos se denominan enfriadores o refrigeradores.

Otros equipos llevan a la congelación de los alimentos con temperaturas bajo cero 0 C, denominándose congeladores.

El diseño de los equipos de transferencia de calor se basa en los balances de materia y de energía para los fluidos que intervienen en el proceso; luego se determinan los coeficientes de transmisión de calor, la diferencia media de temperatura y tiempos de operación. Estos parámetros llevan a calcular el área de transferencia de calor necesaria para finalmente distribuir las superficies del equipo.

7.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR El intercambiador de calor es un dispositivo en el cual el calor se transmite desde la corriente de un fluido caliente (gas o líquido) hacia la corriente de otro fluido frío.

Bases de funcionamiento. El calor es una forma de energía, la cual se mide en julios (en el sistema internacional; hasta ahora se había medido en calorías) y representa la cantidad de aquélla que se transporta de un cuerpo caliente a otro más frío. La transmisión de energía (o transmisión de calor) sólo puede efectuarse cuando hay diferencia de temperaturas, y siempre en el sentido de la mayor temperatura a la menor. En el proceso, la temperatura del cuerpo más caliente desciende a causa de que disminuye su energía y, al contrario, la temperatura del cuerpo más frío aumenta. Esto continúa hasta que desaparece la diferencia de temperatura que provoca la transmisión de calor.

Un ingeniero que desee la máxima transmisión de calor de un fluido caliente a otro frío utilizará un intercambiador de calor. Los aspectos que afectan al proyecto de este dispositivo para obtener esa máxima transmisión son la diferencia de temperatura entre los dos fluidos y el área de interacción superficial. El proyectista no tiene mucho control sobre la diferencia de temperaturas, que viene fijada por la naturaleza del trabajo que ha de hacerse, por lo que debe conseguirse una gran área de contacto superficial para que se realice la mejor transmisión del calor.

Figura 7-1 Intercambiador de calor de haz de tubos En la figura No 7-1 se muestra, la reparación de un gran intercambiador de calor de haz de tubos en una instalación química. El haz consta de 1.618 tubos de acero inoxidable en forma de U, soldados a una placa final de 20 cm. El conjunto queda encerrado en una envolvente cilíndrica, por dentro de la cual circula uno de los fluidos, mientras el otro lo hace por el interior de los tubos

varias veces el haz de tubos. El intercambiador puede ser de un solo paso o de pasos múltiples; puede tener hojas que mantengan rígidos los tubos o bien flotantes. No es desusado el que se utilice una combinación de materiales de construcción; así, en un intercambiador que haya de utilizarse para disoluciones de álcalis cáusticos calientes, la disolución alcalina deberá atravesar el haz de tubos de níquel que se encontrarán en el interior de un recipiente de acero.

También se utilizan en la construcción otros materiales tales como el metal del Almirantazgo, el cobre, el cupro-níquel, otras aleaciones de níquel, el metal Monel, el aluminio, el acero inoxidable, el acero al cromo-vanadio. Otro modelo de ínterintercambiador de calor es el constituido por el tipo multitubos, que se construye a base de numerosos tubos separados, en cuyo interior otro tubo transporta el líquido frío.

Los aparatos o equipos de intercambio de calor pueden ser tubulares o de placas, empleando en general los primeros para fluidos industriales y los segundos se emplean para el sector de alimentos dada la facilidad que tienen estos, de desarme y de ser sometidos a un aseo minucioso en tanto que los tabulares rara vez se desarman.

7.2.1 INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO

Consiste en un tubo colocado concéntricamente dentro de un segundo tubo de mayor diámetro.

Para transmitir el calor a partir de un fluido caliente, a otro frío, se hace pasar uno de los fluidos por un tubo interior y el otro por el espacio anular entre otro tubo exterior. A causa de la diferencia de temperatura entre los dos fluidos habrá un intercambio de calor a través de la pared del tubo interior que los separa. A este tipo de intercambiador de calor se le llama de tubos concéntricos o de tubo y anillo.

Estos son los aparatos más sencillos que existen para el intercambio de calor y constan de dos tubos concéntricos, que pueden estar dispuestos en un tramo recto denominado juego, o en varios tramos o juegos (figura No 7-2) dependiendo de la longitud total del aparato, del espacio disponible y de las caídas de presión complementando los resultados del estudio propio de transferencia de calor.

Figura 7-2 Intercambiador de doble tubo Los intercambiadores de doble tubo, pueden tener flujo en contracorriente o flujo paralelo. Las partes principales que componen un intercambiador de doble tubo son los juegos de tubos concéntricos, los cuales se unen entre sí por medio de codos en U para los tubos interiores y cabezales de retorno para los tubos exteriores, en uniones roscadas provistas de prensa-estopa y empaque. La salida y entrada del tubo exterior se efectúa mediante una T, en tanto que la salida de los tubos interiores es recta, como se aprecia en la figura 7-2. Un arreglo de dos juegos se denomina horquilla.

Los intercambiadores de doble tubo se arman en longitudes de 4, 5 o 6 m. aproximadamente para cada juego, siendo su longitud efectiva aquella sobre la cual ocurre transferencia de calor, por lo tanto excluye las uniones o codos en U de los tubos interiores.

Estos equipos son muy útiles, cuando la superficie de transferencia de calor es relativamente pequeña y se emplean pocos juegos. Al emplearse bastantes juegos, las pérdidas por fricción en los fluidos son muy altas, no existe una distribución uniforme en los flujos y los riesgos de incrustación son muy altos, con sus consiguientes efectos perniciosos en la transmisión de calor. El aseo es complicado y desarmar los aparatos es muy engorroso, lo que limita su uso para superficies totales de transferencia de calor entre 10 y 20 m2 como máximo.

La figura No 7-3, muestra los flujos en paralelo y contracorriente, así como las variaciones de temperatura de los fluidos en función de la longitud del tubo o de la tubería.

Figura 7-3 Flujo en paralelo y en contra corriente 7.2.2 INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CARCAZA

Gran cantidad de procesos industriales requieren una superficie de transferencia de calor bastante alta que implicaría un gran número de horquillas con las consiguientes complicaciones en las pérdidas de carga, aseo, mantenimiento, puntos de fuga y espacio ocupado, etc.

Para obviar estas complicaciones se han introducido los intercambiadores de tubo y carcaza, o también llamados de tubo y coraza. Ellos constan de un gran número de tubos de diámetro relativamente pequeño, ensamblados en sus extremos a placas circulares y rodeado todo el conjunto por un tubo de gran diámetro llamado carcaza o coraza.

La figura No 7-4 muestra un esquema de un Intercambiador sencillo, en el que se aprecia la disposición de los tubos de pequeño diámetro en el conjunto, los cuales se ajustan en sus extremos, a las placas circulares o tubulares de soporte por expansión con la ayuda de un mandril cónico. Otro sistema consiste en emplear un sello o empaque sujetado por un anillo roscado a la placa circular, este método es más usual pues evita: deformación en los tubos, uso de herramientas especiales para su montaje y fácil operación de mantenimiento.

A - DEFLECTORES O BAFLES

B – TUBOS

D – SOPORTE CIRCULAR

E – ESPACIADOR DE TUBOS

F – CARCAZA

H – CABEZOTE

Figura 7- 4 Intercambiador de tubo y carcaza

C – VARILLA GUIA

I - CABEZAL

Las placas circulares o tubulares de soporte también sirven como pared separadora de los fluidos que circulan, uno por el exterior de los tubos y dentro de la carcaza y el otro por el interior de los tubos.

La parte del aparato comprendida entre las placas circulares y el extremo de la carcaza se denomina cabezote y es el espacio por donde un fluido entra y se distribuye por el interior de los tubos y luego se recoge para salir del aparato.

En los cabezotes se conectan las tuberías de entrada y salida del fluido que circula por el interior de los tubos, en tanto que sobre el cuerpo de la carcaza van las tuberías para el fluido que circula por el exterior de los tubos.

Buscando crear turbulencia en el fluido exterior a los tubos para aumentar la transferencia de calor, así como para ayudar a soportar a los tubos, se introducen las placas deflectoras o bafles espaciados a lo largo de la carcaza. Las placas deflectoras pueden cubrir desde tres cuartas partes hasta la mitad del diámetro de la carcaza y se llaman placas del 25% ó del 50% según sea el caso. Se emplean varillas guías para darle consistencia a las placas deflectoras y van de extremo a extremo soportadas por las placas tubulares o placas circulares, mediante tornillos de presión.

La distancia entre las placas deflectoras es el espaciado de los deflectores y se mide de centro a centro; usualmente el espaciado no es mayor que el diámetro de la carcaza ni menor a un quinto del diámetro de la misma. En la figura No 92 se aprecian las distintas formas de los deflectores, que también pueden ser de disco o corona y de orificio.

Figura 7-5 Disposición de deflectores Los tubos para intercambiadores de calor, se denominan también tubos de condensador y tienen características especiales; por tanto no deben confundirse con los tubos para conducción de fluidos en hierro o acero, o con los tubos para intercambiadores tubulares.

El diámetro exterior, corresponde exactamente al diámetro nominal del tubo y se construyen en varios metales o aleaciones como acero, cobre, aluminio, bronce,

etc., y se encuentran con diferentes espesores de pared, según el número BWG; las longitudes normalmente son de 8, 12,16 y 20 pies.

Los tubos se disponen o arreglan en una ordenación triangular u ordenación cuadrada; a la vez la triangular puede ser sencilla o espaciada, buscando en esta última dejar espacios para el fácil aseo y mantenimiento. Los arreglos cuadrados pueden disponerse, normal o rotado, tal como se aprecia en la figura No 93.

Figura 7-6 Clases de arreglos para tubos La distancia entre los tubos adyacentes, llamada claro, no puede ser muy corta para evitar debilitamiento en las placas deflectoras y de soporte, facilitar el flujo y la limpieza externa de los tubos. Los claros o espaciados de los tubos, Pt más comunes para arreglo triangular en tubería de 1” DE es de 1 1/4” y para DE 3/4” el espacio es 15/16”; en arreglo cuadrado para 1” el espaciado es de 1 1/4” y para DE de 3/4” el espaciado es de 1 “; esta distancia es medida entre el centro de los tubos, o centros de los orificios en las placas.

Las normas tema (Tubular Exchanges Manufacturers Association), especifican que para el arreglo triangular, el espaciado debe ser de 1,25 veces el diámetro del tubo y para el arreglo cuadrado debe dejarse mínimo 1/4 de pulgada entre las paredes de los tubos.

Las carcazas de forma cilíndrica tienen diámetros estándar, hasta diámetros de 12 pulgadas se fabrican en tubo de acero y sus especificaciones son las que corresponden a los tubos para conducción de fluidos. Entre 12 y 24 pulgadas el diámetro nominal es igual al diámetro exterior y el grueso es estándar de 3/8 de pulgada lo que permite soportar presiones hasta de 300 psi. Carcazas de diámetro superior a 24 pulgadas se fabrican en placas de acero.

CLASES DE INTERCAMBIADORES DE TUBOS Y CARCAZA Los intercambiadores según su construcción y disposición de flujo pueden clasificarse como: -

Acorde con el flujo

Flujo paralelo Flujo contracorriente Flujo paralelo y contracorriente

-

Acorde con los pasos

De uno y dos De dos y cuatro

-

Acorde con la construcción

De cabezal fijo

De cabezal flotante Los intercambiadores en los cuales el flujo es paralelo o en contracorriente son los llamados intercambiadores 1-1 y en ellos no existen cambios en la dirección de flujo de los dos fluidos. La figura No 7-7 representa un Intercambiador 1-1 que de acuerdo a como se establezcan las conexiones para las tuberías, puede ser de flujo paralelo o de flujo en contracorriente.

Figura 7-7 Intercambiador de paso simple (1-1) Las direcciones de flujo, se denominan pasos, de tal forma que un Intercambiador 1-1, tiene una sola dirección de flujo del fluido que va por el exterior de los tubos, o por la carcaza y una sola dirección de flujo del fluido que va, por el interior de los tubos.

Los intercambiadores pueden mediante un arreglo en los cabezotes, permitir que el flujo por el interior de los tubos cambie de dirección y opere una sección con flujo paralelo y otra sección con flujo en contracorriente; se tiene un Intercambiador de flujo paralelo-contracorriente y a la vez de un paso en la carcaza y dos pasos en los tubos, es entonces un Intercambiador 1-2. Figura No 7-8 Cuando existe un cambio de flujo en la carcaza y cambios de flujo en los tubos, es decir existen dos direcciones de flujo en la carcaza y cuatro en los tubos, se tiene un Intercambiador 2-4 o sea dos pasos en la carcaza y cuatro en los tubos. Figura No 96. Intercambiadores de más pasos implican diseños muy complejos y realmente son poco usuales en la industria de alimentos.

Figura 7-8 Intercambiador (1-2)

FIGURA No 7-9 Intercambiador (2-4) La placa tubular de soporte de los tubos se denomina también cabezal y puede estar fijo a la carcaza, o puede estar suelto o flotante.

Uno de los problemas que se tiene en los intercambiadores de tubo y carcaza es la expansión de los tubos por efecto de la dilatación térmica, lo que trae como consecuencia esfuerzos que son extremadamente críticos en los intercambiadores de cabezal fijo 1-2 o 2-4, ya que los pasos y la carcaza tienden a dilatarse diferentemente porque los gradientes de temperatura son muy diferentes. Para contrarrestar el efecto de dilatación se ha introducido un cabezal flotante el cual no

está fijo al cabezote de la carcaza y permite que los tubos se dilaten. Un sistema que obvia el cabezal flotante es el empleo de tubos en U; con este diseño la U permite la expansión libre de los tubos.

Para la carcaza puede introducirse un segundo cabezote unido por una junta de dilatación en uno de los extremos.

INTERCAMBIADORES DE PLACAS

Los intercambiadores de tubos presentan algunas desventajas, como caída de presión relativamente altas, eficiencia térmica relativamente baja y dificultades en su aseo y mantenimiento. Estos problemas se han superado en los intercambiadores de placas, equipos de alta eficiencia térmica, aunque también ofrecen algunas desventajas que se discutirán más adelante.

Los intercambiadores de placas constan de un marco cuyos extremos son dos bloques rectangulares llamados cabezotes, siendo uno de ellos móvil y provisto de un gran tornillo que permite ajustar las placas que se encuentran en el interior del aparato. Sobre los cabezotes van las uniones para las tuberías de entrada y salida de los fluidos, igualmente sobre ellos van las guías de soporte de las placas, ( figura 7-10 ).

Figura 7-10 Intercambiador de placas Las placas generalmente en gran número son muy delgadas de forma rectangular, de acero inoxidable y también disponibles en cupro-níquel. Cada placa provee una amplia superficie de transferencia debido a su diseño corrugado por una serie de

canales o hendiduras impresas paralelamente en la placa. El diseño corrugado favorece la rigidez de la placa y la turbulencia, aún para los fluidos viscosos o número de Reynolds bajos, a la vez que asegura una completa y adecuada distribución de flujo.

Las placas van provistas de empaques de caucho que permiten su separación y la formación de la cámara por la cual fluyen los líquidos. Los empaques, igualmente, permiten cambios en la dirección de los flujos y evitan mezclas o fugas de los mismos. Acorde con la función que desempeñan las placas, ellas pueden ser terminales, de cambio de flujo y normales como se representan en la figura No 98.

Figura 7-11 Placas para intercambiadores Las placas son fácilmente aseadas y en operaciones de bache puede hacerse rápidamente aseo entre bache y bache aún desarmando completamente el aparato.

La gran ventaja de estos equipos es que el área de transferencia de calor puede modificarse casi inmediatamente, quitando o adicionando placas, lo que permite gran versatilidad en su uso, al punto que diferentes fluidos, 3 ó 4 ó aun más, puede fluir dentro de la misma estructura como en el caso de enfriamientos y calentamientos de dos fluidos empleando uno corno medio calefactor.

Factores limitantes para el uso de los intercambiadores de placas con las altas presiones ( se admiten hasta 150 psi ) que pueden causar deformaciones en las placas e igualmente, altas temperaturas ya que ellas pueden causar daños a los empaques, que generalmente son de caucho vulcanizado. No son equipos apropiados para condensación de vapores ni deben usarse en transferencia de calor en gases. Quedan pues, limitados a líquidos. Tampoco son prácticos para

suspensiones s贸lidas, debido al espacio tan reducido que existe entre placa y placa. .

Figura 7-12 Flujo en los intercambiadores de placa de un paso

Figura No 7-13 Intercambiador de placas de dos cuerpos

La figura No 7-12 muestra los flujos de dos líquidos A y B en un Intercambiador de placas sencillo o de un paso. La figura No 100 muestra un Intercambiador de cuatro pasos y dos cuerpos. Un cuerpo es el conjunto de placas continuas en las cuales ocurre operación de transferencia entre dos fluidos, bien sea calentamiento o enfriamiento. Para la concurrencia de dos operaciones (calentamiento y luego enfriamiento o viceversa) se requieren dos cuerpos. Igualmente, al tenerse transferencia de un fluido con otros dos se requieren dos o más cuerpos Los pasos son cambios de dirección en el flujo, de tal forma que en estos intercambiadores pueden presentarse flujos en paralelo y en contracorriente.

Uno de los más amplios usos de los intercambiadores de placas en la industria de alimentos, es la esterilización por pasterización denominada pasterización continua, en razón a la operación de flujo continuo en los fluidos. El fenómeno de pasterización, se aplica especialmente a vinos, cervezas, leche y jugos y se lleva a cabo en cuatro etapas: precalentamiento, calentamiento, pasterización propiamente dicha y enfriamiento.

En el precalentamiento el líquido que se va a pasterizar se calienta de la temperatura de entrada al aparato hasta unos 30 - 400C, empleando como líquido calefactor, el que se ha empleado en enfriar el material ya pasterizado.

Para las etapas de calentamiento y pasterización se emplea un líquido fresco a altas temperaturas y que provoca una elevación de temperatura a 56 - 750C y luego, mantiene durante un muy corto tiempo la temperatura de pasterización. En la zona de enfriamiento, que puede subdividirse en dos etapas, se emplea un refrigerante a baja temperatura para llevar el liquido pasterizado a su temperatura de almacenamiento o de envase.

7.2.3 SUPERFICIES EXTENDIDAS

Uno de los problemas críticos en la transferencia de calor entre fluidos ocurre cuando uno de ellos tiene un coeficiente de transferencia muy pequeño respecto al coeficiente del otro fluido.

La figura No 7-14 muestra los tipos de superficie extendida más ampliamente usadas; la figura 7-14a muestra aletas longitudinales que son empleadas cuando la dirección de flujo es paralelo al eje del tubo, como se muestra en el Intercambiador de doble tubo. Figura 7-15a La figura 7-14b representa la aleta transversal empleada cuando el flujo es radial o a través de los tubos, como en el caso de los calentadores de aire o de los radiadores de los automotores figura 7-15b.

La figura 7-14c muestra tubos aplanados con aletas continuas empleadas en los enfriadores de fluidos refrigerantes en los refrigeradores o congeladores.

En la aleta propiamente dicha, ocurre una transferencia por convección como ocurre en la pared de la tubería; pero las diferencias de temperatura son distintas

y la temperatura de la base de la aleta que es la temperatura de la pared del tubo, es muy diferente a la temperatura de la cima.

En tubos con aletas, el área adicional de la aleta no permite una transferencia de calor igual a la que da un área similar en el tubo, siempre es menor, en razón al gradiente de temperatura ya mencionado.

Para una aleta se considera que existe transferencia teórica cuando se asume que toda la aleta se encuentra a la temperatura de su base, que es la misma de la pared exterior del tubo.

La relación entre la transferencia real de calor en la aleta y la transferencia teórica se denomina eficiencia de la aleta ηa.

La eficiencia puede expresarse en términos de la configuración geométrica de la aleta y en la literatura, se encuentran tablas y gráficas que permiten encontrar valores de ηa.

7.3 RECIPIENTES de calefacción En la industria de alimentos se emplean otros equipos para transferencia de calor, como son los recipientes para calentar productos y generar cambios físicoquímicos en ellos. Los recipientes son de diversas formas y tamaños, se emplean para procesos continuos y de bache los cuales están provistos de diferentes medios de calefacción.

Reciben diferentes nombres como: marmitas, ollas cocinadoras, cooker, etc., y algunos están provistos de diferentes aditamentos como agitadores, chimeneas, serpentines, chaquetas o calandrias, etc.

Figura 7-14 Superficies extendidas

Figura 7-15 Calentadores de aire y radiadores Acorde al medio de calefacción pueden ser clasificados: -De calefacción directa

⇒ De fuego

⇒ Por resistencia eléctrica ⇒ Vapor vivo -De calefacción indirecta ⇒ Por serpentines ⇒ Por tubos ⇒ Por calandria o camisa Acorde a los aditamentos y proceso: -Proceso -Aditamentos

⇒ De Bache ⇒ Continuos ⇒ Sin agitación ⇒ Con agitación ⇒ Abiertos ⇒ A presión

Los recipientes, no importa su clasificación, son normalmente cilíndricos, de fondo y tapa convexos, y manufacturados en metales de gran conductividad térmica como aluminio, hierro, acero inoxidable, cobre y algunas aleaciones especiales.

En los recipientes los elementos de transferencia térmica no están muy relacionados con lo tratado anteriormente y los cálculos en la mayoría de veces no se logran con exactitud, ello constituye una limitación para calcular las necesidades o requerimientos de superficie, para lograr una temperatura dada.

7.3.1 RECIPIENTES DE CALEFACCIÓN INDIRECTA POR SERPENTINES

La figura No 7-16, muestra la disposición de un recipiente provisto de serpentín, el cual se construye doblando en forma helicoidal tuberías de cobre, o de acero o de aleaciones para conformar lo que se denomina espiral simple o espiral plana. (figura No 7-17) de uso en tanques o recipientes cilíndricos. Los serpentines de forma rectangular se emplean para tanques rectangulares y se consideran como tubos rectos.

Figura 7-16 Recipientes para calefacción

Figura 7-17 Serpentines 7.3.2 RECIPIENTES DE CALEFACCIÓN INDIRECTA POR TUBOS RECTOS

Otra práctica usual en especial para grandes recipientes y cuartos fríos o cavas de enfriamiento es el empleo de los tubos rectos montados en tal forma que constituyen un panel, como los disipadores de calor que se montan en la parte trasera de las neveras domésticas.

Para los recintos o recipientes sin agitación, donde se tiene convección libre, los coeficientes de película para los tubos pueden determinarse con buena aproximación, mediante las ecuaciones: Para tubos horizontales hs = 0.5 ( ∆ T / do )0.25 Tubos verticales hs = 0.4 ( ∆ T / do )0.25 Placas verticales de menos de 2 pies de alto hs = 0.28 ( ∆ T / Z )0.25

Placas verticales de más de 2 pies de alto hs = 0.3 ( ∆ T )0.25 Placas horizontales hacia abajo hs = 0.2 ( ∆ T )0.25 Placas horizontales hacia arriba hs = 0.38 ( ∆ T )0.25 Donde hs = Coeficiente de película BTU / hr pie2 0F ∆T = Diferencia de temperatura entre el fluido y la superficie do = Diámetro exterior del tubo en pulgadas Z = Altura desde el piso o fondo, en pies 7.3.3 RECIPIENTES DE CALEFACCIÓN POR CAMISA O CALANDRIA

En la práctica se emplean recipientes con camisa o calandrias, en las cuales circula un fluido que calienta o enfría el contenido en el recipiente (figura No 105 ).

Figura 7-18 Recipiente cerrado con camisa de vapor Para los recipientes que tienen tanto serpentín como camisa es muy importante tener en cuenta la temperatura del fluido en el recipiente; cuando ella es cercana al punto de ebullición, existe la posibilidad que en la pared del serpentín o de la camisa se formen burbujas de vapor, lo que trae como consecuencia una disminución considerable en el coeficiente de película.

7.4 EQUIPOS PARA ESTERILIZACIÓN

La esterilización es un proceso físico en el cual se disminuye el contenido de bacterias o microorganismos, a tal nivel que desaparece el riesgo de deterioro de un producto y éste puedo ser conservado en sus condiciones fisicoquímicas durante mucho tiempo. Uno de los medios físicos más importantes empleados para esterilizar los alimentos, es el calor aplicado directa o indirectamente al producto en sí mismo o en un empaque en el que haya sido envasado previamente.

Si bien no existe una clara diferenciación entre los procesos de esterilización, por tratamiento térmico, se suele llamar pasterización al proceso que se lleva a cabo a temperaturas inferiores a 1000C en tanto que la esterilización se lleva a cabo por encima de los 1000C. Existe lo que se llama pasterización instantánea en la cual se emplean temperaturas superiores a 100 0C, pero con tiempos de residencia o de contacto térmico de pocos segundos. Igualmente se tienen esterilizaciones por ebullición, en productos que hierven por debajo de los 1000C. De acuerdo con la clasificación mencionada, la pasterización se lleva a cabo directamente empleando equipos de intercambio de calor como los tubulares, los de placas y recipientes con serpentines o camisas. Los primeros se utilizan para procesos continuos, en tanto que los segundos se emplean para pasterizaciones por bache. En la figura No 7-19 se aprecia la instalación para una pasterización de cerveza.

La pasterización indirecta se utiliza para los alimentos envasados, en equipos que genéricamente se denominan esterilizadores. Un equipo específico de pasterización indirecta es el pasterizador de túnel, que permite un flujo continuo de los envasados. A medida que los recipientes avanzan en el túnel, duchas de agua caliente o vapor elevan progresivamente la temperatura del producto, hasta que llega a la pasterización acorde con las unidades de pasterización que requiere el producto; éste se mantiene durante el tiempo necesario a su temperatura de pasterización, para que luego, mediante duchas de agua fría, el producto se enfríe lentamente. Estos equipos son apropiados para grandes volúmenes de producción, en razón de la longitud que requiere recorrer el producto para sufrir lentamente los cambios de temperatura.

Figura 7-19 Pasterizador de cerveza La pasterización directa del producto tiene como ventaja el empleo de equipos sencillos, lo que se traduce en uso de menor espacio. menores servicios y menor costo de operación. Su desventaja es la extremada condición aséptica del área de empaque, para evitar que el producto pierda el efecto de pasterización, por contaminación del empaque o durante la manipulación de envasado.

La pasterización indirecta implica mayores costos de equipo, espacio y operación por riesgos de daño en los envases, pero asegura la completa pasterización del producto.

FIGURA No 7-20 Esterilizador hidrostático.

En la esterilización directa se emplean recipientes abiertos o cerrados con elementos de calefacción fluidos calientes o resistencias eléctricas para pequeños volúmenes.

El fluido más empleado para la esterilización es el agua en su forma líquida o gaseosa por su bajo costo, no produce olores ni sabores contaminantes y sus propiedades termodinámicas son excepcionalmente ventajosas. Últimamente se han desarrollado equipos basados en fenómenos electromagnéticos como esterilizadores por rayos ultravioleta, hornos microondas e irradiadores de partículas nucleares. No obstante estando todavía en etapas de experimentación, su uso debe ser cauteloso

En la esterilización indirecta igualmente, se emplean recipientes abiertos y cerrados, operados estos últimos a presiones relativamente altas para favorecer la transmisión de calor, a través de los recipientes y lograr así la temperatura de esterilización para todo el producto.

Acorde al tipo de industria, disponibilidad de mano de obra y costos de operación, se tienen esterilizadores discontinuos o de bache y esterilizadores continuos.

Los esterilizadores discontinuos más comunes son las marmitas o autoclaves, que pueden ser verticales u horizontales. La figura No 7-20 muestra un tipo de esterilizador hidrostático continuo.

Un aspecto muy importante de tener en cuenta es la velocidad de penetración del calor en los envases; los productos no se calientan ni enfrían rápidamente. La temperatura alcanzada en un producto depende del índice de penetración calórica, que a su vez depende del estado del producto, las condiciones del procesado térmico, la geometría del recipiente y aun la misma temperatura del medio calefactor. Los líquidos se calientan más rápidamente que los sólidos debido a los fenómenos de convección, ya que en los sólidos tiene lugar el fenómeno de conducción.

Se tiene una esterilización adecuada en los productos envasados, cuando se logra la temperatura de esterilización y se mantiene durante el tiempo requerido en el llamado punto frío del alimento. Para los líquidos en reposo y los sólidos.

Estudios microbiológicos dan las pautas para establecer los tiempos y temperaturas de esterilización, parámetros requeridos para el cálculo de áreas de transferencia y requerimientos del elemento calefactor.

El proceso de esterilización presenta gran importancia para el estudio de la ingeniería de alimentos, si se analiza que como proceso en si juega un papel importante en los procesos comprometidos con la prolongación de la vida de los alimentos, por considerarse un método preciso en la eliminación de la flora microbiana.

El ingeniero de alimentos, al vincularse en la industria, asume grandes responsabilidades de acuerdo con su formación profesional, teniendo en cuenta que la seguridad alimentaría del consumidor es uno de los principios éticos y morales con el cual se encuentra estrechamente vinculado.

Un estudio cuidadoso realizado por expertos y observadores actualizados sobre los aspectos relacionados con la destrucción de bacterias, ha demostrado que éstas se destruyen por acción del vapor húmedo a una temperatura entre 230o F y 2480 F por un tiempo entre cinco y veinticinco minutos. La esterilización por medio del calor se puede realizar con aire seco caliente, agua hirviente, vapor seco circulante o vapor a presión.

7.4.1 PROCESOS DE ESTERILIZACIÓN

En toda esterilización se debe tener en cuenta el tiempo, la temperatura y la humedad. El calor y la humedad son necesarios para la destrucción rápida de gérmenes patógenos. La esterilización o destrucción de los organismos patógenos se obtienen a través de los siguientes procesos.

Por calor húmedo o seco; por agentes químicos (desinfectantes); por radiaciones (rayos X ultravioleta, etc.)

7.4.1.1 ESTERILIZACIÓN POR CALOR SECO Se emplean con frecuencia cámaras de aire caliente para esterilizar materiales secos como cristalería; algunas sustancias viscosas se deben esterilizar también mediante el empleo de calor seco en una estufa, porque el calor húmedo no penetra en las sustancias insolubles. Generalmente estas estufas alcanzan una temperatura de 1600F, la cual hay que mantener por un mínimo de dos horas.

7.4.1.2 ESTERILIZACIÓN POR CALOR HÚMEDO Esta se puede realizar por medio de ebullición de agua utilizando ollas y recipientes tapados, autoclaves y por vapor a presión el cual se produce en los autoclaves.

7.4.1.3 ESTERILIZACIÓN POR AGENTES QUÍMICOS La desinfección química solo debe usarse en casos en que el calor húmedo destruya los elementos que se van a desinfectar. Entre los agentes químicos más utilizados tenemos: los compuestos de cloro y el hipoclorito de sodio, etc; los mercuriales como el bicloruro de mercurio, el oxicianuro de mercurio, etc.; los alcoholes como el etílico al 70% y el yodo en sus diferentes combinaciones.

7.4.1.4 ESTERILIZACIÓN POR RADIACIONES Este proceso está limitado a la esterilización del aire en las salas de empaques debido a que no posee prácticamente un poder de penetración y además causan daño en la salud de los operarios, como el cáncer y esterilidad.

7.4.2 EL AUTOCLAVE

Es el aparato más utilizado para esterilizar y consiste principalmente de una cámara de presión cilíndrica herméticamente cerrada por una puerta rodeada por

una camisa de vapor a presión. Hay varias clases de autoclaves pero todos constan de las siguientes partes: -Un cilindro hueco o cámara donde se colocan los materiales para esterilizar.

-Un cilindro sellado que rodea la cámara y se le llama camisa.

-Dos termómetros indicadores de la temperatura dentro de la cámara y camisa.

-Una válvula principal de suministro de vapor.

-Una válvula de retención o cheque que permite la descarga del condensado de la trampa y evita el reflujo hacia la trampa.

-El temporizador: el esterilizador se pone en operación con el ajuste manual del temporizador; con este ajuste, una corriente eléctrica se dirige al control de presión.

La corriente energiza el control de presión, el cual activa la bobina del contactor haciendo que fluya corriente hacia los elementos calentadores. Cuando la presión del cilindro alcanza la presión 13 a 13,5 psi, se energizan el motor del temporizador y la luz piloto. Al final del ciclo del temporizador cortará el flujo de energía a todos los componentes con excepción de la solenoide de venteo y el motor del temporizador. Ellos revertirán a su estado desactivado. El motor del temporizador y la luz piloto continuarán energizados después de completado el ciclo de temporización y dos minutos adicionales. Si el temporizador falla, debe ser reemplazado, Este se cambia en su totalidad, pues cualquier reparación que se intente no es práctica para los intereses económicos del usuario.

-Manómetro de presión de vapor. Este registra ¡a presión de vapor dentro de la cámara del esterilizador.

-Válvula de seguridad. Esta se ajusta en la fábrica y abre automáticamente, descargando el exceso de vapor dentro de ¡a cámara del esterilizador, asegurando que la presión de operación se mantenga dentro de los límites establecidos de seguridad. La acción de la palanca de la válvula de seguridad debe estar libre de obstrucciones en todo momento.

Figura 7-21 Autoclave.

-Si la válvula de seguridad muestra escape en un elevamiento de la presión o causa una interrupción prematura del ciclo del esterilizador (bajo 225o C), puede deducirse que está defectuosa y debe ser reparada.

Sin embargo, es preciso investigar el estado en que se encuentra la precisión de la lectura del manómetro.

-Caperuza. La caperuza sirve como una pantalla protectora para la trampa de vapor, la válvula de venteo y la válvula de seguridad. También sirve cómo una base de montaje para el panel de control.

Esta cubierta debe ser retirada, en caso de necesitar realizar algún servicio a los componentes de control. La tapa del panel de control se puede retirar desenroscando los tornillos de lámina que la fijan a la caperuza.

-Válvula solenoide de venteo. Es normalmente cerrada, y solo abre al final de cada ciclo, en el momento en el cual es energizada.

-Trampa de vapor. La trampa de vapor desempeña una función dual automática muy importante, de ventear todo el aire del compartimiento de esterilizaci6n y de proporcionar el máximo sello posible para permitir que la presión se eleve durante el ciclo de esterilización. Existe, una ranura en ángulo, mecanizada en el asiento que permite un venteo constante de una pequeña cantidad de vapor durante el ciclo para eliminar definitivamente cualquier bolsa de aire en el cilindro. Si la válvula no opera apropiadamente, el resultado será una distribución desigual de vapor vivo en el compartimiento.

Funcionamiento: A medida que se forma vapor dentro del compartimiento del esterilizador, habrá una salida de aire frío. Cuando hay vapor suficiente que ha desplazado al aire frío, comenzará a fluir hacia la trampa para calentar el elemento termostático. La expansión del elemento termostático hará que selle contra el asiento encerrando el vapor vivo dentro del compartimiento del esterilizador, y la presión de vapor comenzará a elevarse.

La esterilización por medio de los autoclaves es más eficaz porque se pueden conseguir altas temperatura, capaces de destruir los microbios patógenos más resistentes, incluyendo las esporas. La eficacia del procedimiento depende de la penetración del vapor a todos los materiales que estén esterilizándose. El tiempo de esterilización depende por lo tanto, del tamaño de los lotes y de la clase de elementos que se vayan a esterilizar.

Al abrirse el vapor a la cámara, éste empieza a desalojar todo el aire contenido en ella. Es importante desalojar todo el aire de la cámara para evitar lecturas engañosas en el manómetro, ya que con aire dentro de ella, el manómetro registrarla la suma de la presión del vapor más la del aire calentado y la temperatura seria solamente la correspondiente a la presión del vapor.

Una vez que el vapor ha desalojado todo el aire, la cámara se sigue llenando de vapor hasta que aumente la presión y alcance el punto deseado.

Al comprimirse el vapor sube la temperatura por encima de la del agua en ebullición o del vapor libre y la esterilización se realiza eficazmente. En este caso, la temperatura depende de la presión real que se logre dentro de la cámara.

TABLA No 11 Guía de problemas, posibles causa y solución en autoclaves.

PROBLEMA

POSIBLE CAUSA

El autoclave no opera (la 1. Instalación incorrecta presión no se eleva)

SOLUCIÓN Verifique el diafragma de alambrado y corrija

2. Fusible quemado

Reemplácelo si se quema de nuevo, chequee que el suministro es de 60 Amp.

3. Contactores

Reemplace los quemados

4. Alambrado

Chequee alambrado, remplace

todo repare

el o

El autoclave opera pero no 1. No llega corriente a todo Retire la parte inferior del llega a la presión de 15 psi los elementos de panel y vea si los calentamiento elementos están trabajando 2. La trampa de vapor no Reemplace cierra térmico

el

elemento

3. La válvula de venteo Verifique si hay un falla, y no sostiene la incorrecto ajuste del presión en 15psi control de temperatura 4. Fugas de vapor por la Verifique si hay desgaste compuerta en el empaque o haga un ajuste a la compuerta 5. La válvula de seguridad Reemplace la válvula de se dispara seguridad prematuramente La unidad alivia presión 1. El control de bajo nivel Reemplace el control de antes de terminar el ciclo de agua a funcionado bajo nivel de agua del temporizador prematuramente El temporizador opera 1. No hay energía en Verifique si hay alambres erráticamente o falla al algunas de las terminales defectuosos y repárelos terminar a cero del temporizador No se obtiene la 1. La trampa de vapor Reemplace el elemento temperatura establecida en cierra prematuramente, termostático en trampa de el pico ciclo evitando la remoción de la vapor cámara de aire Uno o ambos grupos de 1. Los contactores del Reemplace los elementos permanecen controlador de temperatura interruptores encendidos aun cuando el permanecen cerrados temporizador este en la posición OFF 2.

El control de Recalibre temperatura no está calibrado apropiadamente Algún elemento de 1. Conexiones calentamiento se apaga cables rotos antes de que la presión

flojas

o Repare o remplace

los

llegue a 15 psi 2. El contactor cierra Ajuste el frontal demasiado pronto temperatura

control

de

Fuente: MARKET FORGE Co. Instrucciones de Instalación. EEUU 7.4.3 AUTOCLAVE VERTICAL ESTACIONARIA

La autoclave vertical estacionaria se utiliza para la esterilización, a presión, de las latas de carne. Las partes principales son: • • • • • • • • • • • •

Válvula de seguridad Grifo de evacuación Tapa Perno mariposa Cuerpo de la autoclave Manómetro Termómetro Descarga del agua durante el enfriamiento Entrada de agua Entrada de vapor Descarga total Canastilla

7.4.4 TÚNEL DE PRE-ESTERILIZACIÓN

Este aparato permite efectuar la pre-esterilización por calentamiento de los productos cárnicos envasados sin tapa. Así se saca el aire y se logra la temperatura óptima para el cierre de los envases. Se utiliza también para enfriar los envases esterilizados. Las partes principales son: • • • • • • • • • • •

Banda transportadora Tina de recepción de productos cárnicos para el llenado de envases Llenadora manual de salmuera Entrada de vapor Manómetro Válvula de regulación Entrada de los envases el túnel Termómetro tapa de control de limpieza Entrada del agua para enfriamiento, que se emplea con envases cerrados y esterilizados Válvula de regulación para el agua de enfriamiento

• • • • • • •

Manómetro Salida de envases del túnel Mesa de recepción de envases pre-esterilizados motor eléctrico con variador de velocidad Salida a la cerradora Descarga del condensador Descarga para limpieza

7.5 Pasterización.

La pasterización es un proceso de tratamiento térmico moderado, a temperaturas normalmente inferiores a 373 K (100 0C), que, aun destruyendo los microorganismos patógenos, no otorga una protección indefinida contra la putrefacción micro-bacteriológica. La pasterización de la leche es bien conocida, pero incluso un producto ácido como el vinagre requiere protección contra los microorganismos que ocasionan la putrefacción, como las aceto-bacterias, el crecimiento de las cuales da lugar a que el producto se enturbie. Esa putrefacción se evita mediante pasterización o pasando el vinagre por un filtro esterilizador.

En el comercio se presentan a la venta algunas clases de jamón enlatado pasteurizado que ha sido envasado al vacío y tratado mediante calor hasta alcanzar una temperatura en el centro de la lata de 339 K (66 0C). Las latas pasteurizadas deben ser enfriadas rápidamente a 294 K (21 0C), y almacenadas en refrigeradores hasta su venta al por menor.

7.6 Procedimientos UHT. La esterilización tradicional implica calentar el alimento en una lata o botella durante el tiempo suficiente para inhibir los microorganismos, a la temperatura más baja posible. De ello se deduce que los alimentos de la parte más externa tienen mayores posibilidades de desarrollar sabores a “quemado” por sobrecalentamiento y de experimentar una pérdida excesiva de vitaminas sensibles al calor. Los productos cárnicos envasados, como la carne en lata común, tienen un ritmo lento de calentamiento, por lo que la pérdida de tiamina puede subir a un 56 %. Incluso productos líquidos como la leche esterilizada en botellas tienen una pérdida del 20 % de tiamina y del 60 % de vitamina C. Modernas investigaciones han demostrado que la esterilización a altas temperaturas en corto tiempo reduce los daños provocados por el calor. Este sistema es excelente para líquidos de baja viscosidad, porque permiten un calentamiento rápido; el ejemplo típico es la fabricación de leche UHT (ultra high temperature, temperatura ultra alta) por esterilización a 411 K (138 0C). La leche esterilizada IJHT reduce la pérdida de tiamina al 10 % y la de vitamina C al 25 %.

Los liquidos de mayor viscosidad se esterilizan en una máquina que, básicamente, consiste en una cuchilla que gira a 1.000 rpm dentro de un tubo de calentamiento.

Los alimentos no ácidos, como sopas y alimentos infantiles, son esterilizados en esa máquina calentándolos a 414 K (141 0C) durante 8 segundos y a continuación se enfrían a 305 K (32 0C) y se vierten en condiciones asépticas dentro de latas esterilizadas al vapor. Los alimentos ácidos, tales como los purés de frutas, se esterilizan en dicha máquina a unos 378 K (105 0C). A continuación se muestra una planta de UHT en la figura No 7-22

Figura 7-22 Planta de UHT 7.7 CONDENSADORES Para el cambio de fase vapor a líquido, llamado licuación, se emplean intercambiadores de calor llamados específicamente condensadores. El cambio de fase para fluidos puros ocurre a una temperatura dada que es función de la presión del fluido; esta temperatura se conoce como temperatura de saturación o de equilibrio.

Generalmente en la industria, la vaporización o condensación de un fluido ocurre a presión constante y es un proceso isotérmico. Cuando el cambio de fase ocurre para una mezcla de fluidos el proceso isobárico no siempre es isotérmico por la

variación en las presiones de vapor, composición molar y temperatura de equilibrio de cada uno de los compuestos de la mezcla.

Desde un punto de vista físico, el fenómeno de condensación puede ocurrir en dos formas: de gota o de película.

Los equipos de condensación se dividen en dos grandes grupos; los de carcaza y tubos (intercambiadores comunes) y los de contacto.

Los condensadores de contacto implican que los fluidos vapor y líquidos refrigerante sean los mismos, o al menos afines en ciertas propiedades.

Para los cálculos de condensadores de carcaza y tubos, se emplean las consideraciones generales en los intercambiadores del mismo tipo.

Consideraciones específicas se plantean en la disposición de los tubos que pueden ser verticales u horizontales.

En los condensadores de tubos verticales, en la parte superior de los tubos existe para la zona de vapor, menos cantidad de líquido, su flujo es laminar y a medida que el líquido desciende se condensa más vapor, existe más líquido y su flujo llega a ser turbulento. La velocidad másica G es diferente en las distintas secciones del tubo.

Igual situación aunque en menor grado se presenta en los tubos horizontales, es decir la velocidad no es constante durante el recorrido a lo largo del tubo.

7.8 ENFRIAMIENTO Y REFRIGERACIÓN Se emplea el enfriamiento de productos para obtener temperaturas adecuadas de almacenamiento. Algunas sustancias provienen de un proceso que ha implicado altas temperaturas para favorecer reacciones físico-químicas y se requiere llevar la temperatura a un nivel adecuado, para un fácil manejo y almacenamiento, otras sustancias en especial alimentos requieren de temperaturas bajas para su conservación y almacenaje y algunos procesos requieren de temperaturas bajas para su desarrollo.

Cuando se tiene una disminución de temperaturas sin que ocurra un cambio de fase, tiene lugar el enfriamiento, que puede llevarse a cabo para sustancias en cualquier estado.

Cuando se requiere mantener durante un lapso amplio de tiempo bajas temperaturas (por debajo de la temperatura ambiente), se tiene la llamada refrigeración.

Los mecanismos de transferencia de calor en las dos operaciones son muy diferentes y aunque se ha generalizado la aplicación del término refrigeración al enfriamiento de sólidos o de espacios amplios es importante tener presente que los fines son muy diversos.

El enfriamiento de gases y líquidos se lleva a cabo adecuadamente en los intercambiadores de calor, empleando como medio de enfriamiento líquidos o gases a muy bajas temperaturas. Estos fluidos tienen propiedades termodinámicas especiales, como bajos puntos de congelación y de evaporación e igualmente de volúmenes específicos y altos valores latentes. De los disoluciones o fluidos enfriadores, también llamados refrigerantes, el que mejor propiedades presenta es el amoniaco, NH3, con un inconveniente serio como es su alta toxicidad, esto conlleva a un cuidadoso manejo y el empleo de equipo con sellos o cierres herméticos. El freón 12 (dicloro difluormetano) presenta como inconveniente un calor latente de evaporación de 38 kcal/kg, lo que lleva a emplear volúmenes relativamente altos y limita su uso para grandes instalaciones.

7.9 CONGELACIÓN Numerosos estudios se han realizado acerca de los mecanismos y fenómenos que tienen lugar en la congelación de los alimentos. Los estudios de congelación en hortalizas y establecieron cómo la velocidad de congelación incidía en la calidad de los alimentos, realizando trabajos importantes en la llamada congelación rápida.

Es la velocidad de congelación la que determina básicamente la capacidad y clase de equipo requerido.

Los estudios del mecanismo de congelación fijan el tiempo adecuado de congelación. No siempre una congelación rápida presenta los mejores resultados, máxime que el proceso se puede producir a distintas velocidades en las diferentes partes de una pieza de alimento.

El hecho de tenerse diferentes velocidades de congelación lleva a una imprecisión sobre el tiempo de congelación. Existe un tiempo que define el momento en que se inicia la congelación y otro en que se da por terminada. Generalmente en un cuerpo existe un punto que se enfría más lentamente que se conoce como centro térmico y sirve de punto de referencia para los estudios pertinentes.

El tiempo efectivo de congelación se define como el tiempo que tiene que permanecer un producto en un congelador para lograr la temperatura indicada de 100C en el centro térmico. Este tiempo incluye aquel que se emplea en llevar la temperatura inicial del producto a 00C. Para determinar los tiempos de congelación se deben tener en cuenta los periodos de pre enfriamiento, consistentes en llevar la temperatura inicial del producto a temperatura de congelación, propiamente dicho y post enfriamiento o temperado a su estado final.

Los equipos para congelación requieren de un refrigerante que absorba calor por conducción y convección, generalmente convección en el proceso de enfriamiento y conducción en la congelación propiamente dicha.

Los congeladores se clasifican por el medio empleado en la transferencia de calor.

Existen los congeladores por contacto con un sólido frío, los que emplean líquidos fríos y los de gases fríos.

Los congeladores por contacto de sólido emplean placas metálicas; planas, huecas por las cuales circula el refrigerante. Las placas se montan en paralelo ya sea en sentido vertical o en sentido horizontal y con espacios variables para permitir ajuste de ellas al producto que se va a congelar. Las placas verticales son ampliamente empleadas para productos empacados en cajas y para helados; los de placas horizontales son usados en la congelación de productos empacados en envases deformables como pescados, carnes, etc. (figuras No 110 y 111).

Una vez se ha logrado la congelación, se hace circular un fluido caliente por las placas para soltar los bloques congelados y descarchar las superficies.

Los congeladores que emplean líquidos fríos son recipientes tipo alberca en donde se introducen los productos ya empacados; el líquido refrigerante debe ser inocuo para evitar contaminaciones. Las ventajas sobre el sistema de placas, son el de poseer altos coeficientes de transferencia de calor, así se congelan fácilmente productos de formas irregulares y puede hacerse congelación individual del producto. Una desventaja es el consumo del líquido refrigerante en las operaciones de carga y descarga.

La versatilidad en el empleo de gases fríos, hace que este sistema sea el más utilizado y el más empleado de los gases es el aire frío. Aunque los coeficientes de transferencia son menores que en los líquidos, los costos de congelación son menores para grandes volúmenes de producto.

Los congeladores de aire son túneles por los cuales circula aire a temperaturas entre -20 a -400C y con velocidades de 0.5 a 18 m / seg. Para impulsar el aire se emplean ventiladores que producen el llamado Tiro Forzado.

Tanto la congelación por líquido como por gas permiten procesos continuos, mientras que la de contacto con sólidos es propia de procesos de bache.

Procesos desarrollados últimamente han permitido el uso de fluidos que absorben calor en un cambio de fase; tal es el caso del anhídrido carbónico líquido a alta presión, al pulverizarse se forma una mezcla de gas y sólido conocida como nieve carbónica, que puede ponerse en contacto con el producto que se va a congelar.

El nitrógeno líquido (-196OC a presión atmosférica), se emplea para congelación a velocidades altas y empleando aspersión del líquido sobre el producto. El alto costo de obtención del nitrógeno líquido ha limitado su uso.

1. Depósito de amoniaco líquido. 2. Distribuidor del mismo. 3. Entre paños. 4.

Compresor.5. Llaves de paso. 6. Conducto del amoniaco líquido. 7. Llaves de regulación del amoniaco. 8. Tubos de caucho. 9. Entre paños. 10. Conducto principal. 11. Tubo de gas H.P. 12. Condensador. 13.Llave para regular el agua. 14. Cilindro para la prensa Hidráulica. 15. Motor. 16. Tubo para el amoniaco Líquido.

Figura 7-23 Congelador de placas horizontales.

Figura 7-24 Congelador de placas verticales.

7.9 caldera Las calderas (con pocas excepciones) se calientan por medio de un agente transmisor de calor, tal como vapor, agua caliente, aceites calientes, HTS (sales para altas temperaturas), gases de hogar que atraviesan las camisas, y mercurio.

En la caldera Electro-Vapor los calefactores eléctricos penetran en una amplia camisa que contiene “Dowtherm”, que es propiamente el agente transmisor del calor. Mediante las HTS pueden alcanzarse temperaturas del orden de los 500 oC. Esta mezcla está constituida por un 40 % de nitrito de sodio, un 7 % de nitrato de sodio y un 53 % de nitrato de potasio. La caldera calentada mediante vapor puede convertirse en algunos procesos en sistema refrigerante sin más que enviar agua fría o una salmuera refrigerada a través de la camisa o de los serpentines.

Las calderas pueden ser cubiertas o abiertas, pudiendo contener agitadores y rasquetas; pueden trabajar a presión atmosférica o, si son cenadas, a presiones elevadas o bajo la acción del vacío. Cuando la presión es elevada, del orden de 715 Kg / cm, una caldera que esté adecuadamente construida y proyectada puede

considerarse como un “recipiente a presión no calentado”. Las calderas pueden construirse mediante fundición de hierro especial, y también el cuerpo y la camisa pueden fundirse simultáneamente. El cuerpo puede hacerse de acero fundido y puede o no estar forrado de plomo, de acero inoxidable, de aceros chapados, de cobre, níquel, tántalo y otros metales y aleaciones. Con frecuencia, la caldera se utiliza como reactor. El equipo puede incluir también un condensador de reflujo.

Muestra de una caldera se ve en la figura No 7-25

Figura 7-25 Caldera.

PARTES DE UNA CALDERA DE VAPOR -Colector o cámara de vapor -Cámara de agua -Cabezal -Caballete -Pedestal o patines -Nido de tubos -Hogar o caja de fuegos -Túnel o cámara de combustión

CAPITULO OCHO

EQUIPOS DE ENVASE, EMPAQUE Y ALMACENAMIENTO

objetivos ESPECÍFICOS 1. Diferenciar las máquinas utilizadas para el envasado, empaque y almacenamiento de los productos.

2. Analizar las diferentes características operacionales que ofrecen las diferentes máquinas.

3. Distinguir los sistemas de instalaciones y los accesorios que la componen.

8.1 GENERALIDADES de EMPAQUE O EMBALAJE El empaque es un trabajo que puede definirse como la preparación de las mercancías para su transporte y presentación en el mercado. Esta simple y corta definición encierra los diversos aspectos de dicha operación. Incluye la selección de un envase adecuado, su consiguiente colocación y precinto y su marcación o colocación de las etiquetas. La expresión “presentar al mercado” es un término colectivo que usan los economistas para abarcar todos los aspectos de la distribución y venta del producto envasado, incluyendo las reacciones psicológicas que puede provocar en el comprador el aspecto de las mercancías de consumo, determinado por la exposición en los almacenes de venta al por menor. Esta última faceta es particularmente importante para los productos de la industria de alimentos.

La mayor parte de los productos industriales se envasan en grandes recipientes: barriletes (de acero, fibra o caucho), sacos de papel para transporte, frascos y garrafas, tanques (portátiles, para gases y líquidos volátiles). Es discutible si los buques cisternas y camiones de carga para el transporte de grandes cantidades de productos químicos secos pueden considerarse como “embalajes” que se devuelven; con todo, idénticos principios deben regir para estos envases voluminosos que para los más pequeños, los cuales constituyen los envases propiamente dichos.

El empaque se considera también con frecuencia, en el argot comercial, como una industria. El significado más ordinario de la expresión “industria del empaque” comprende un grupo de industrias que fabrican la materia del envase, el repuesto y los recipientes; por ejemplo, las industrias que fabrican la materia de los envases.

La elección de un envase adecuado es un problema típico del empaque, y son los productos de alimentos los que presentan las mayores dificultades con que tropieza esta actividad, puesto que muy pocas de las restantes mercancías implican los problemas de seguridad o corrosión que presentan la mayor parte de aquellos. El envase debe ser seguro, resistente a los choques mientras se maneja y carga, y tanto su materia como su precinto no deben reaccionar con el género que contiene durante un período de tiempo determinado, ya que si tal ocurriera, se destruye el envase o se contamina el género. Dicha destrucción, por supuesto, origina la pérdida de géneros costosos, y la contaminación da lugar, casi siempre, a pérdidas económicas.

La mayor parte de los envases económicos se eligen teniendo en cuenta que la venta, el almacenamiento o la duración de las substancias que encierran es limitada. El empaque “eterno” es excesivamente caro, salvo cuando la necesidad lo exige.

El empaque de los productos alimenticios presenta problemas continuos, ya que ininterrumpidamente se ofrecen a la venta nuevos productos, así como también aparecen todos los años en el mercado nuevos envases y materiales de embalaje.

La selección de un tamaño industrial de envase para dichos productos va acompañada de estudios económicos así como de investigaciones tecnológicas.

De entre los muchos factores que han de tenerse en cuenta para elegir un envase, los que se citan a continuación son los más importantes para un envase económicamente adecuado: • • • • • • • • • • • • • • •

Seguridad.

Resistencia.

Materiales de construcción.

Conformidad con los pliegos de condiciones y reglamento.

Que tenga la vida de almacenamiento deseada.

Comodidad de envasado (el equipo con el que se dispone puede trabajar demasiado lento para permitir que el empaque de bajo costo sea económico).

Que sea fácil de cerrar, sean mínimos los gastos del trabajo necesario para cerrar dicho envase y carezca de fugas.

Que se pueda rotular o marcar con comodidad.

Concordancia entre el embalaje y el valor económico de los materiales empaquetados.

Número de veces que se puede volver a utilizar.

Facilidad de vaciado.

Facilidad de limpieza y manejo después de haberlo usado.

Que haya mercado para los envases reparados y a punto de uso por los consumidores.

Costo.

El peso de la tara.

8.2 CONSERVACIÓN DE ALIMEnTOS Las técnicas modernas de conservación de alimentos, como el enlatado, la congelación o la deshidratación, aseguran la conservación de los alimentos estacionales para cubrir la demanda durante todo el año, evitando así, además, desperdiciar los excesos de las cosechas. Tabla No 12 TABLA No 12 Conservación de alimentos

cocción

enzimas

bacterias

hongos

destruye en parte

destrucción máxima

destruye algunos

oxígeno

empaquetado al vacío

impide el inhibe crecimiento

alteración o expulsión

enlatado o destruye embotellado

destruye

alteración y expulsión

destruye algunos

agua

control pH

iones

enfriamiento

retarda

congelación

reduce la mata un 50 - inhibe reacción 80 %

inhibe

deshidratación destruye

inhibe

inhibe

curado

inhibe

inhibe

inhibe

salmueras, escabeches

inactiva

inactiva

inhibe

destruye

inhibe

irradiación

alteración

extracción

modifica

sustitución parcial por CO2 reduce

8.3 Envase y empaque 8.3.1 EMBOTELLADO

Las botellas llegan por un transportador hasta unos clasificadores espirales de plástico que giran lentamente y las colocan espaciadas en plataformas individuales, montadas sobre una mesa giratoria o carrusel que, al girar, las levanta (mediante levas) y pone su boca en contacto firme con las toberas inyectoras. Toda la secuencia de acciones está controlada por dispositivos de seguridad, de tal forma que si una botella se rompe la cadena se detiene, o si una botella no llega a alcanzar su plataforma, la tobera correspondiente no descarga.

La dosis inyectada por esa tobera se mide volumétricamente mediante la acción de un émbolo y las adecuadas válvulas, o bien por el giro de un helicoide en el interior de un tubo que permite el manejo de semilíquidos o líquidos con sólidos en suspensión. Dispositivos supresores de goteo aseguran que no se manche el exterior de la botella ni la superficie que ha de recibir el corcho, tapón u otro sistema de cierre.

8.3.2 EMPAQUE EN CAJAS DE CARTÓN

Algunas máquinas forman e introducen una bolsa dentro de una caja de cartón, segundos antes de ser llenada, como en ciertos alimentos granulados o en polvo.

Las propias cajas de cartón son retiradas por la máquina de un depósito en el que permanecen plegadas. El dispositivo de succión que las atrae hacia el interior de dichas máquinas las abre y les da la forma rectangular, vuelve hacia arriba las solapas del fondo, para doblarlas, mojarlas con un rodillo engomado y cerrarlas, y coloca las cajas en un transportador lineal o un carrusel. Allí tiene lugar una operación similar de cierre de las solapas superiores, después de que un control comprueba que están llenas con el peso correcto.

modifica

8.3.3 ENSACADO

Los sacos o bolsas se fabrican a partir de varios tipos de películas plásticas, hojas de aluminio, laminados (materiales combinados en capas), así como papel. La máquina forma las bolsas a partir de una banda de material ya impreso cuya posición correcta para el corte se asegura mediante líneas o puntos impresos en ella que son observados por dispositivos electrónicos. Las bolsas utilizadas para materiales a granel se cierran por medio de adhesivos. de secado rápido. Cuando se utilizan materiales diferentes como papel o cartón recubiertos de poliuretano sólo por un lado, se emplean colas calientes que se adhieren a cualquier superficie y se enfrían y secan en segundos.

Envases muy comunes en la actualidad son los saquitos destinados a contener sopas en polvo y otros productos similares. Se fabrican con papel, por su bajo costo y facilidad de impresión, recubierto interiormente con hoja de aluminio para asegurar la impermeabilidad a la luz y a la humedad, y poliuretano para permitir un cierre en caliente. Dichos saquitos se fabrican a partir de una bobina de banda impresa, con aletas cerradas en tres bordes; cuando ya están llenos se cierran aplicando una barra calefactora a la boca de la bolsa.

8.3.4 OTRAS OPERACIONES

En muchos casos, las disposiciones legales exigen cierta precisión de llenado, o se trata de envasar sustancias valiosas o peligrosas. En la actualidad, la operación de llenar por control del peso es una parte integrante de la maquinaria de envasado, y puede incluir mecanismos que corrigen la acción del dispositivo de llenado cuando automáticamente se detecta una ligera falta o exceso de peso.

Las botellas y latas modernamente pueden ser embaladas por las máquinas mediante piezas en bruto, cortadas a estampadas, de cartón ondulado, con el que se envuelve cierta cantidad de latas, botellas o cualquier otra cosa, de forma tan apretada que no es necesario introducir separaciones para evitar que las etiquetas se froten entre sí, además de que se reducen los posibles daños durante el transporte, puesto que los objetos se sujetan mutuamente. Incluso se utiliza menos cartón que con el sistema anterior, que debía permitir cierta tolerancia en dimensiones para realizar una fácil carga.

Las máquinas marcan también los paquetes con la identificación de la fábrica, la fecha de envasado, la fecha limite de venta y detalles diversos. Varias cajas de cartón cerradas, botellas o cualquier otro envase, procedentes de un transportador, se van recogiendo en unas plataformas y son envueltas como se ha dicho o se introducen en otra caja mayor, un cajón o una bandeja; a su vez, estos conjuntos son colocados en otra plataforma. En ocasiones, para enviarlas a los puntos de venta, las cajas separadas o las plataformas completas son envueltas automáticamente en plástico. La envoltura retráctil consiste en una película de

plástico que se tensa en frío alrededor del producto; al calentar, la memoria plástica obliga a la película a tratar de recobrar su forma y tamaño original. La envoltura tensada es casi lo mismo, excepto que el producto es empujado a través de una cortina de película para que ésta se tense alrededor de él, evitándose el gasto de un túnel de calor.

FIGURA No. 8-1 Envasado aséptico de leche Uno de los sistemas para empaquetar más evolucionados es el proyectado en Suecia para envasar leche en recipientes de cartón tetraédricos. El recipiente se hace partiendo de un rollo continuo de cartulina plastificada ya impresa, que se va estirando sobre “hombreras” formadoras para arrollarse con un pequeño solape sobre un tubo metálico. Aplicando calor a este solape se forma un tubo de costura continua que es arrastrado hacia abajo por dos pares de mandíbulas calientes, las cuales forman entre sí, cada par, un ángulo recto. La leche es introducida en el recipiente continuo por la parte superior del tubo metálico, y la presión ejercida por las mandíbulas metálicas calientes expulsa la leche de cada zona de unión,

formándose así un envase cerrado y totalmente lleno, con la mayor capacidad posible, partiendo del tubo de cartulina.

También se ha adaptado maquinaria que, automáticamente, hace envases rectangulares de cartón de varios tamaños, los llena con leche y los cierra. Ver Figura No 8-1 El paso siguiente en esta serie de mejoras fue la idea de hacer circular papel, recubierto de plástico, por un baño de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) inmediatamente antes de darle la forma de tubo.

Aplicando entonces calor de manera que el liquido literalmente se volatiliza, el envase queda esterilizado. Si la leche también está esterilizada y toda la operación se lleva a cabo en ambiente estéril cerrado, la leche envasada se mantendrá sin alteración durante largos períodos sin necesidad de refrigerarla. De esta forma, esa leche puede almacenarse en el domicilio hasta su consumo o en la industria en espera de épocas de demanda excepcional.

En la actualidad hay instalaciones lecheras industriales completamente automatizadas en las que se reciben los recipientes con leche de las pequeñas granjas, se vacían, se devuelven limpios, y se comprueba la calidad de la leche, que después de su tratamiento es introducida en la máquina de envasar adecuada, según el tamaño y forma del envase que se desee. Los envases unitarios se agrupan en cestones de cartón automáticamente formados, los cuales se apilan en plataformas para formar cargas completas, y éstas son envueltas por una cubierta de plástico retráctil. Todas estas operaciones se realizan bajo la vigilancia de sólo unos pocos operarios entrenados.

La idea de utilizar un tubo continuo soldado térmicamente está siendo explotada para otros productos. Una vez formado el tubo se pueden colocar en él barras de chocolate u otros objetos, proceso al que se da el nombre de envoltura continua, por el flujo ininterrumpido de objetos que se envuelven. Existen máquinas verticales que preparan bolsas de peso constante de dulces o patatas fritas con peso constante y las cierran aplicando calor sobre el material; éste suele ser un plástico termosoldable, como el polietileno, sobre el cual pasa un alambre caliente, de lado a lado de la banda doblada formando un tubo, lo corta y hace el cierre de cabeza y fondo.

Otro progreso ha sido el de calentar y conformar una lámina de material plástico aplicándola bajo vacío sobre un molde en forma de plato, o con varias oquedades, que proporciona alojamiento para el producto. A continuación, se suelda térmicamente una segunda banda, a los bordes del “plato”, encerrando así completamente el objeto. Para ello se conforman térmicamente dos bandas de PVC, o bien una sola doblada en forma de V, y se sueldan las pestañas mediante corriente de alta frecuencia. Figura No 8-2.

Envasado de queso. La envoltura es un material plástico, impreso previamente; los extremos se cierran herméticamente, mediante calor, con el fin de conservar la humedad natural del queso.

Figura No 8-2 Empaque de queso No es preciso hacer los paquetes de una sola clase de material, basta que uno sea termosoldable; de este modo es posible soldar a una cartulina impresa para formar los familiares “paquetes burbuja” o “blister”; o bien se puede calentar una banda delgada de película plástica y cubrir con ella un objeto colocado sobre una cartulina sensible al calor, mediante vacío, según un proceso llamado de envoltura de piel.

Todas estas técnicas de envasado, y empacado, son necesarias en un consumo masivo de productos; de otro modo, el envasado y cierre a mano sería demasiado lento y caro y excesivamente engorroso para los operarios que deben hacerlo.

8.3.5 ENVASADORA DE LÍQUIDOS

En las máquinas que hacen los conocidos envases tetraédricos de cartón, el material ya impreso recibe la forma de un tubo, arrastrado por un dispositivo accionado por aire comprimido que controla el nivel de líquido en dicho tubo. Si este nivel desciende demasiado, la presión del aire en el tubo indicador baja y acciona una serie de válvulas que dan lugar a que el aire comprimido mueva el émbolo; éste, mediante palancas, empuja la válvula cónica hacia abajo, lo que permite la entrada de más líquido en el tubo. El cierre de los envases se realiza por medio de juegos de mandíbulas que proporcionan al mismo tiempo calor y presión. El esquema muestra un juego de mandíbulas y Otro de ruedas cortadoras en realidad, hay dos juegos de cada tipo, que forman ángulos rectos entre si.

Puesto que los envases se cierran por debajo del nivel del líquido, no contienen aire. Dichos envases son embalados automáticamente en cajas de transporte

hexagonales.Figura No 8-3.

Envasado de líquidos en cartón FIGURA No 8-3 No es preciso hacer los paquetes de una sola clase de material, basta que uno sea termosoldable; de este modo es posible soldar a una cartulina impresa para formar los familiares “paquetes burbuja” o “blister”; o bien se puede calentar una banda delgada de película plástica y cubrir con ella un objeto colocado sobre una cartulina sensible al calor, mediante vacío, según un proceso llamado de envoltura de piel.

Todas estas técnicas de envasado, y empacado, son necesarias en un consumo masivo de productos; de otro modo, el envasado y cierre a mano sería demasiado lento y caro y excesivamente engorroso para los operarios que deben hacerlo.

8.3.5 ENVASADORA DE LÍQUIDOS

En las máquinas que hacen los conocidos envases tetraédricos de cartón, el material ya impreso recibe la forma de un tubo, arrastrado por un dispositivo accionado por aire comprimido que controla el nivel de líquido en dicho tubo. Si este nivel desciende demasiado, la presión del aire en el tubo indicador baja y acciona una serie de válvulas que dan lugar a que el aire comprimido mueva el émbolo; éste, mediante palancas, empuja la válvula cónica hacia abajo, lo que permite la entrada de más líquido en el tubo. El cierre de los envases se realiza por medio de juegos de mandíbulas que proporcionan al mismo tiempo calor y presión. El esquema muestra un juego de mandíbulas y Otro de ruedas cortadoras en realidad, hay dos juegos de cada tipo, que forman ángulos rectos entre si.

Puesto que los envases se cierran por debajo del nivel del líquido, no contienen aire. Dichos envases son embalados automáticamente en cajas de transporte hexagonales.Figura No 8-3.

8.3.6 CERRADORAS DE ENVASES DE HOJALATA CILÍNDRICOS O ENLATADORAS

El enlatado es un proceso de esterilización en el que algunos de los microorganismos y enzimas son destruidos por completo al calentar al alimento en latas herméticamente cerradas. El factor más importante para determinar el grado de tratamiento térmico requerido es la acidez, que viene indicada por una magnitud conocida como pH. Con valores de pH por debajo de 4,5 el alimento es lo bastante ácido para eliminar el crecimiento de los microorganismos, y basta un tratamiento térmico con vapor o agua hirviendo a 373 K (100 grados C), o menos, para conseguir la esterilización requerida. La fruta enlatada es un buen ejemplo de envasado ácido. Figura No 8-4.

Máquina automática para enlatar fresas en conserva. Las latas se llenan hasta arriba con el fruto y algo de almíbar.

Con contenidos menos ácidos, como los de carne, pescado u hortalizas, el pH es superior a 4,5, motivo por el cual es necesario un tratamiento térmico más enérgico.

Figura 8-4 Máquina enlatadora de fresas La bacteria patógena más peligrosa es el Clostridiun botulinum, altamente resistente al calor y que produce una toxina mortal que una cucharada sería capaz de matar a millones de personas. El Clostridiun botulinum se extermina mediante calentamiento a 394 K (121 grados C) durante 3 minutos.

A las latas de alimentos menos ácidas se les puede aplicar un tratamiento térmico que equivalga, por lo menos, a su punto de calentamiento más lento, para garantizar que son seguras desde el punto de vista bacteriológico. Figura No 8-5.

Existen diversas máquinas cerradoras de envases de hojalata cilíndricos de acuerdo con el volumen de producción en función de la unidad de tiempo. Las cerradoras automáticas pueden ser sincronizadas a dosificadores con prevacío o envasado de pistón.

232

Diagrama de movimiento de una instalación de enlatado aséptico. El alimento después de cocinado, se esteriliza, se almacena y se enfría mientras recorre un sistema de tubos, al final del cual se introduce directamente en las latas ya esterilizadas, que se cierran en ambiente aséptico.

FIGURA No 8-5 Instalación de enlatado.

Cerradora manual Esta máquina se utiliza para efectuar la unión del doble cierre entre el cuerpo del envase metálico y la tapa.

Consta de las siguientes partes: Ver Figura No 8-6.

1.

2.

3.

4.

5.

Anillos de tope Salva polea Anillo superior del perno de la palanca Palanca cerradora Tapa

233

FIGURA No 8-6 Cerradora manual 6. Horquilla de la palanca 7. Bote 8. Perno de la palanca 9. Soporte de la palanca 10.Anillos inferiores del perno de la palanca

234

11.Árbol y resorte del plato 12.Mesa 13.Regulador de la altura del plato 14.Pedal 15.Mandril 16.Plato 17.Motor eléctrico

Operación de cerrado FIGURA No 8-7 La operación de cerrado y las partes operativas involucradas en esta operación son: Ver Figura No 8-7 1. Plato de soporte

235

2. Cuerpo de la lata 3. Mandril 4. Borde de la lata 5. Carretilla de primera operación 6. La carretilla se acerca al borde de la tapa para doblarla 7. Mientras gira, la carretilla dobla el borde de la tapa 8. Forma de sellado después de la primera operación 9. Luego se pasa con la carretilla de segunda operación 10.Longitud de insertado 11.Gancho del cuerpo 12.Gancho de la tapa 13.Superposición de los ganchos 14.Grosor del insertado De esta manera se cierra el bote mediante un sello doble.

8.3.7 EMBUTIDORA

La máquina embutidora está compuesta de las siguientes partes fundamentales: Como se observa en la figura No 8-8 1. Cilindro almacenador de la masa preparada para rellenar las tripas. Es de acero inoxidable y de fácil desarmado para la limpieza 2. Émbolo de empuje horizontal 3. Pistón o cono de empuje para presionar la masa hacia la salida 4. Motor eléctrico y bomba hidráulica 5. Manivela para la inversión del flujo del émbolo 6. Pedal para regular la velocidad de avance del cono 7. Depósito de aceite para la bomba hidráulica.

8. Embudo, según el tipo de embutido que se va a preparar.

9. Anillo fijador del embudo al cilindro 10.Base de hierro montada sobre ruedas para el traslado.

Antes de iniciar la operación se escoge el embudo que se va a utilizar, según el tamaño de la tripa por rellenar. Luego se desatornilla el anillo de fijación, se introduce el embudo escogido y se vuelve a atornillar el anillo, Para el llenado del cilindro con la masa, se emplea lo siguiente: Figura No 8-9.

236

FIGURA No 8-8 Maquina embutidora 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Mesa de trabajo con cubierta en acero inoxidable Charola con la masa mezclada Obtención de las pelotas bien apretadas Cilindro almacenador de la masa en posición vertical Introducción de las pelotas en el cilindro almacenador Embudo con la boquilla del tamaño adecuado.

Para la introducción de la tripa en el embudo y el rellenado se trabaja con: 7. Cilindro lleno hasta ¾ de masa y puesto en posición horizontal 8. Se coloca la tripa natural o sintética (del tamaño apropiado) en el embudo, atando la extremidad que se queda en el orificio de salida del mismo 9. Se acciona hacia adelante la manivela de avance del émbolo y se acciona con el pie el pedal de embrague regulador de la velocidad de embutido. Una boquilla del embudo estrecha y masas compactas requieren una mayor presión de boquillas anchas y masas semifluidas.

10.Las manos del operador ayudan en el correcto embutido de la tripa 11.El embutido se distribuye arriba de la mesa

237

FIGURA No 8-9 Manejo de la embutidora Terminado el vaciado del cilindro almacenador, el operador debe sujetar la porción de la tripa rellenada y atar inmediatamente este extremo. Posteriormente se efectúa otra vez el llenado del cilindro.

Cada vez que se utiliza la embutidora deberá lavarse con agua caliente y detergente, enjuagar y secar todas las partes que estén en contacto directo con la masa. Posteriormente, estas partes deben ser recubiertas con aceite de glicerina neutro. Al efectuar el lavado no se debe mojar el motor eléctrico. Controlar periódicamente que el nivel de aceite se encuentre en el límite establecido.

238

8.4 ALMACENAMIENTO 8.4.1 ASPECTOS PRINCIPALES ALMACENAMIENTO

EN CONSTRUCCIÓN

PARA LUGARES DE

8.4.1.1 PISOS Totalmente impermeable para impedir el ascenso capilar de humedad del suelo, los pisos porosos de concreto (utilizado en su mayoría) permiten el ascenso de humedad y una vez en la superficie puede difundirse fácilmente del piso a los productos o arrumes almacenados.

Los arrumes de productos en un almacenamiento se realizan en estantes metálicos, deben estar a una distancia del piso de 30 cm, lo cual permite realizar limpieza del almacenamiento evitando acumulación de suciedad, permite la circulación de aire que remueve la humedad. Estos estantes deben ser metálicos y no de madera ya que estos últimos se dañan fácilmente por humedad y peso lo que produce riesgos en la calidad del producto, además genera contaminación por insectos como cucarachas, gorgojos y otros animales rastreros como ratones y alacranes.

En la construcción de pisos para un lugar de almacenamiento de productos se debe construir una sub-base permeable que evite el paso de la humedad y una membrana impermeable de material plástico o bituminoso colocado entre la subbase y la losa de concreto. La sub-base tiene como propósito principal el mejorar el drenaje y la reducción de acumulación de humedad bajo las losas, además contribuye a que las condiciones de apoyo sobre el terreno sean las óptimas.

8.4.1.2 PAREDES Los muros deben construirse preferiblemente con materiales que tengan la capacidad de soportar cambios de temperatura; dependiendo de sus especificaciones, si es para almacenamiento de productos que requieran de refrigeración o congelación o en su defecto los que estén almacenados en bodega, estas paredes deben contar con una buena absorción del calor. Las paredes de ladrillo de 20 cm. De espesor tiene buena capacidad térmica.

En zonas de altas precipitaciones es conveniente impermeabilizar las paredes exteriormente para evitar la saturación de sus materiales y la entrada de humedad por capilaridad, para disminuir la transferencia de calor es conveniente pintar las paredes de colores claros que reflejen parte de la radiación. La superficie interior de las paredes debe ser lisa para evitar la acumulación de desperdicios, facilitar la limpieza y no dejar intersticios que faciliten la supervivencia de insectos. La unión entre las paredes y el piso debe ser redondeada ligeramente para facilitar la limpieza.

239

8.4.1.3 TECHOS Los techos conforman la mayor superficie expuesta al sol toda la construcción, para evitar demasiada transferencia de calor se debe construirse con materiales de buena características de reflejo de la radiación solar. Es inevitable que la temperatura externa y sus cambios afecten la temperatura interna. Los techos deben tener aleros que protegen las paredes de humedecimiento, proporcionan alguna sombra a las paredes y reducen su calentamiento.

8.4.2 ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS

8.4.2.1 ALMACENAMIENTO DE GRANOS Los tanques de almacenamiento de materia prima en grano, deben estar diseñados para la capacidad de almacenamiento, producción y espacio dentro de la empresa. Esta capacidad debe estar basada en una planeación de progreso de producción y del crecimiento de la empresa.

Los granos se arruman en sacos; con trabe entre si él arrume debe tener forma piramidal para conseguir mayor estabilidad. Los arrumes deben armarse con un metro de separación aproximadamente de las paredes, dejando entre ellos callejones centrales y transversales que permitan la movilización de personal y el equipo de evacuación. Las bodegas para almacenamiento de grano deben tener unas dimensiones de ancho de 25 a 30m. y altura hasta 7 m.

Otra manera de almacenar el grano es en silos, los cuales permiten a evacuar más rápido el producto, por otra parte, son más económicos, la mayoría de los silos se construyen en planchas de acero liso o corrugado con fondo cónico permitiendo un almacenamiento hermético. El sistema de almacenamiento a granel en los silos verticales economiza mucha mano de obra y generalmente es el sistema más adoptado por las fábricas de construcción reciente.

Este tipo de almacenamiento es utilizado corrientemente para semillas oleaginosas. La colocación de depósitos y de silos se basa en la utilización de una cinta de acero metálica en forma de espiral continua de un diámetro dado; cada vuelta de la espiral es fijada por la precedente por agrafado.

Los silos son construidos en el sitio, en acero inoxidable. La junta agrafada helicoidal proporciona al cilindro una rigidez y una resistencia extraordinaria, además la superficie interna es lisa. Estos silos son más económicos que los silos de hormigón; son muchos más cómodos pues son remachados o atornillados y tienen una ventaja de estanqueidad perfecta sobre estos últimos.

El diámetro de los silos varía de 3 a 20 metros y puede alcanzar hasta 22 metros de altura. Pueden ser construidos con bandas de acero o más frecuentemente en acero galvanizado. En el caso del algodón o de otras materias primas, el almacenamiento en silos verticales no es el indicado.

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Existen sistemas de silos horizontales construidos generalmente en acero y equipados con dispositivos automáticos de carga y descarga.

Para el almacenamiento de la soya, resulta ser más interesante utilizar silos de gran capacidad unitaria, alcanzando 40.000 toneladas o más. Estos silos son construidos en acero, en hormigón o en una combinación de los dos. Su aspecto puede ser clásico o semiesférico, esta última solución permite a la vez la utilización ideal del espacio y del volumen disponible y el uso de dispositivos simplificados de llenado o vaciado. Generalmente están provistos de dispositivos de control de temperatura, de ventilación potente y de recirculación o de trasiego de una celda a otra.

8.4.2.2 ALMACENAMIENTO DE LÍQUIDOS Los depósitos o tanques son indispensables para recibir los líquidos que vayan a intervenir en un proceso de fabricación y para recibir la materia prima si es líquida.

A veces los tanques se reúnen en conjuntos numerosos formando un parque de tanques, con el fin de formar un almacén de gran cabida. Los tanques eran fabricados originalmente como cubas de maderas, en la actualidad los tanques de madera sin revestimiento no se utilizan más que cuando sea necesario que su pared sea neutra frente a los líquidos que hayan de contener y no se dispone de otro material que sea aceptable. El material estructural usado principalmente es el acero al carbono, que es muy apreciado por su resistencia y por poderse disponer del mismo en láminas grandes que requieren solamente un mínimo de juntas. Las láminas pueden curvarse, si se desea, y soldarse, siendo menos frecuente que se remachen y calafateen. Las piezas que hayan de servir como fondos son, en general, de calibre mayor que las paredes laterales. Se fabrican tanques cilíndricos con fondos planos de hasta 30 metros de diámetro y 12 de altura.

Los tanques esféricos son de mayor resistencia a las presiones interiores. Cada vez se usan más los revestimientos con acero inoxidable, de níquel o de otros aceros aleados propios para chapar, sobre todo para los tanques transportados por ferrocarril, y también para los estacionarios. Así mismo, pueden adquirirse tanques forrados de vidrio, de tres calidades de vidrio para toda clase de fines.

Para las tuberías se dispone de tubos de acero, de tuberías de vidrio de diámetro de 1 pulgada o 1 1/2 pulgada, de vidrio pyrex con rebordes de piedras químicas y de porcelana, y de metales resistentes a los ácidos y a muchas disoluciones salinas.

En la industria alimentaria normalmente el almacenamiento se produce en las fases de llegada a la planta entre las fases intermedias de la producción y en la fase de producto final, para ser empacado y distribuido. Las variables en el costo están dadas por evaporación de producto, la energía para el bombeo, el del vapor para mantener la temperatura en algunos casos, etc.

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TIPOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO Estos tipos de tanques no están sometidos a presión , trabajan a presión atmosférica y son -Techo flotante -Techo fijo -Techo abierto Ventajas de tanques de techo flotante: • Menores perdidas por evaporación causadas por la variación de temperatura • Al llenarse no hay que evacuar vapores, pues no hay espacio entre liquido y techo • Reduce el riesgo de incendio por no existir aire en contacto con el líquido • Al no haber espacio no hay mezclas explosivas Ventajas de tanques del techo fijo: • • • •

Menor coste en el techo flotante No deben soportar la carga del agua lluvia Tolerancias de fabricación pueden ser mayores Mas adecuado para pequeñas dimensiones

Ventajas de techo abierto • Costo de fabricación bajo • No almacenamiento de productos volátiles • El agua u otros líquidos afectan su contenido Líquidos almacenados • • •

techo abierto: agua para usos industriales techo fijo: fracciones pesadas de petróleo, aceites lubricantes, ácidos techos flotantes Todos los productos volátiles

DIMENSIONES DE LOS TANQUES Estas están dadas por la capacidad y a partir de ésta se determina el diámetro y la altura. Para definir la altura se debe tener en cuenta: • La compresión máxima del soporte o base, lo que limita la altura del tanque y muchas veces se debe hacer una loza de sedimentación.

• El fondo de los tanques algunas veces está formado de virolas, que son como segmentaciones para mejorar la resistencia. Adicionalmente lleva un

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anillo periférico de hasta 610 milímetros para tanques de diámetro mayor a 15 metros. La soldadura de esas plaquetas puede ser por solape (una soldadura encima de la otra) o una soldadura en contra uniendo dos soldaduras con un refuerzo debajo de estas.

ADITAMENTOS DE LOS TANQUES Carcasa cilíndrica: Es un recubrimiento del tanque por donde circula un fluido que calienta o enfría el contenido del tanque.

Serpentines: De forma helicoidal, son tuberías de cobre, acero inoxidable o aleaciones que se utilizan para las necesidades de transferencia de calor al fluido. Para diseñarlo es necesario tener en cuenta si hay agitación mecánica dentro del recipiente y si el proceso es continuo o de bache.

Espiral simple o plano: Hay serpentines en forma rectangular para tanques rectangulares y son considerados como tubos rectos. Muchas veces los serpentines se usan para calentar o mantener a cierta temperatura el contenido del tanque para poderlo bombear; estos serpentines son considerados como superficies de transferencia de calor y son muy económicos.

Válvulas de escape: Son sistemas que permiten el escape de vapor cuando se presenta una sobre presión en el interior del tanque.

Abrasadoras de tapadora: Es un accesorio que se utiliza para lograr una mejor hermeticidad de la tape al tanque porque permite sellar con un sistema de atornillado, el borde de la tape al tanque.

Manómetros: Los cuales controlan la presión necesaria para el desarrollo del proceso dentro del tanque.

Drenaje: Son usados para decantación en el mismo proceso o para la limpieza y mantenimiento del tanque y su sistema funciona con una llave de cierre.

Sistema de alimentación: Es un ducto por donde se hace el llenado del tanque.

Escaleras y plataformas:

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En los tanques de altura superior a 4 metros deben instalarse escaleras helicoidales, que permitan el acceso al techo y la plataforma se instala a la llegada de la escalera al techo y esta se rodea de una barandilla que protege contra caídas y convierte al techo en visitable.

Indicadores de nivel: Donde es posible apreciar de manera fácil y segura el interior del contenido del tanque.

MATERIALES MAS UTILIZADOS EN LA ELABORACIÓN DE TANQUES Los materiales más utilizados son: Acero inoxidable, Cobre y Aleaciones con otros materiales.

Durante un proceso las paredes de los tanques tienen pérdidas de calor por convexión y por aire. Se utilizan diferentes tipos de aislamientos para evitar estas pérdidas que pueden ser: fibra de vidrio, lana de roca, espuma de poliuretano expandido, resinas fenólicas expandidas, etc.

En alimentos prácticamente en todos los procesos se necesitan tanques; es el caso de producción de helado está el tanque mezclador y pasterizador, siendo un tanque de doble función por tener una doble camisa donde se pasteriza. También se encuentra el tanque de almacenamiento en donde la mezcla se lleva a 4 grados centígrados por 8 horas, para el proceso de maduración.

En procesos lácteos se encuentran lácteos que son denominados como depósitos de regulación, de retención, de cristalización y de recepción.

En los procesos para obtención de grasas y aceites, los tanques que se utilizan se denominan tanque de fusión, para agua de proceso, de evaporación y de separación del disolvente.

8.4.2.3 ALMACENAMIENTO DE PAQUETES O CARGAS UNITARIAS La pa!etización forma parte de los sistemas de manipulación que más se han desarrollado en los dos últimos decenios, y consiste en agrupar un cierto número de paquetes sobre un soporte. Este sistema debe su nombre a la plataforma utilizada como soporte, que es una paleta, y la operación de agruparlos la lleva a cabo un paletizador. Figura No 8-10 PALETA: Plataforma de carga constituida esencialmente por dos pisos asociados entre ellos mediante tirantes o por un suelo que descansa sobre pies o soportes.

PALETIZAR: Agrupar o apilar paquetes o cargas unitarias sobre paletas u otros soportes para llevar a cabo las operaciones de manipulación, transporte y almacenamiento.

PALETIZADOR: máquina destinada a realizar las paletas que puede ser

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semiautomática o automática, monoposición o multiposición. Los paquetes de manipulación son, en general: Cajas de madera (en vías de desaparición) Cajas de plástico de encajonamiento derecho o que permita su superposición; Cajas de cartón.

Paquetes con películas retráctiles.

Packs, toneles, botellas, sacos.

Figura 8-10 Manejo de paquetes.

DIMENSIONES: Las dimensiones de la carga paletizada deben ser compatibles con las de las estructuras de almacenamiento y de los medios de transporte. Esta condición puede satisfacerse generalmente con las paletas normalizadas de 800 x l200mm y 1000 x l200mm. La altura de las paletadas debe ser determinada en función: •

De la altura de las carretillas de horquilla (estas características son suministradas por el fabricante.

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• • •

De la altura de la carga sobre el camión o sobre los vagones.

Del peso de la carga paletizada.

De la estabilidad de las paletadas.

8.4.3 ALMACENAMIENTO REFRIGERADO

El almacenamiento en frío es un medio de conservación de alimentos que producen la menor alteración en las características sensoriales, en el valor nutricional y en los cambios bioquímicos. La temperatura en un sistema de refrigeración comercial es de 00C, hay que tener en cuenta la cantidad y la clase de productos almacenados, número de personas que trabajan en el área y número de puertas y frecuencia de aperturas. Un cuarto de refrigeración, no debe tener sifones porque son puntos de escape de frío y contaminación cruzada, debe estar previsto de una cortina plástica que evite entrada de alguna clase de insectos o animales cuándo la puerta está abierta en la entrada o salida de productos y además evita los cambios bruscos de temperatura con el exterior.

El equipo utilizado debe estar recubierto de material aislante para permitir la refrigeración y tener una compuerta hermética que permita mantener constante la composición de los gases, debe haber poca iluminación ya que la luz promueve la germinación de algunos vegetales, los cambios de calor y el desarrollo de malos olores.

8.4.4 ALMACENAMIENTO POR CONGELACIÓN

El uso de bajas temperaturas es tal vez uno de los métodos que afectan poco la calidad nutricional y sensorial de los alimentos pero a su vez exigen el cumplimiento de ciertas condiciones para que el producto pueda utilizarse sin riesgo alguno para el consumidor. La temperatura más empleada es de -180C. Los cuartos de congelación poseen características físicas muy similares a los cuartos de refrigeración, el diseño del equipo es sencillo y de proceso continuo utilizable para distintos productos y tamaños.

8.4.5 REQUERIMIENTOS PARA UN BUEN ALMACENAMIENTO

Debe existir señalizaciones en las áreas de almacenamiento que indiquen el acceso y circulación de personas, servicios, seguridad y salida de emergencia.

Las basuras deben ser removidas con frecuencia necesarias para evitar generación de olores, molestias sanitarias, contaminación del producto, superficies y proliferación de plagas.

Debe existir un procedimiento escrito especifico de limpieza y desinfección.

Todos los productos almacenados en temperatura ambiente, refrigeración o congelación deben llevar rótulos con el nombre del producto, fecha de entrada al

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almacén y fecha de vencimiento.

Los productos almacenados deben estar acomodados siguiendo el orden de colocación de tal manera que el primero que entra sea el primero en salir, según rotación FIFO. Los cuartos fríos están equipados con termómetros de precisión de fácil lectura desde el exterior y registros de dicha temperatura.

Los cuartos fríos están construidos de materiales resistentes y de fácil limpieza, impermeables, en buen estado y que no presenten condensación.

Las paredes limpias, lisas y en buen estado.

El techo liso, limpio y de fácil limpieza.

Las uniones entre las paredes y techos están diseñadas de tal manera que eviten acumulación de polvo y suciedad.

Los pisos se encuentran limpios, en buen estado, sin grietas, perforaciones, rupturas, inclinación adecuada para efectos de drenaje.

Los sifones están equipados con rejillas adecuadas.

En pisos, paredes y techos no hay signos de filtraciones o humedad.

La temperatura ambiental es adecuada y no afecta la calidad de los productos o materias primas, ni la comodidad de los operarios.

Las lámparas y bombillos deben tener protectores.

Las condiciones y equipos utilizados en el descargue y recepción de la materia prima son adecuados y evitan la contaminación y proliferación microbiana.

Se debe llevar control de entrada, salida y rotación de los productos.

El almacenamiento de los productos se realiza ordenadamente, sobre los estantes apropiados, con adecuada separación de paredes y pisos.

En el almacenamiento los alimentos deben estar separados por crudos y procesados.

No se puede almacenar ni utilizar productos vencidos.

Los estantes donde se colocan los productos para almacenar deben estar 30 cm. alejados del piso.

Los productos de limpieza y desinfección deben estar almacenados en un área muy distante de los productos terminados o materias primas alimenticias.

Para almacenar líquidos de empaque Tetra - Brik con contenido de 1000 cc y cajas con 12 unidades, se coloca a una altura máxima de 7 cajas y por cada piso se colocan 10 cajas.

Para almacenar líquidos de empaque Tetra - Brik con contenido de 200cc y cajas con 24 unidades, se colocan a una altura máxima de 9 cajas y por cada piso se

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colocan 16 cajas.

Para almacenar productos envasados en vidrio deben ir en la parte de debajo de la estanterĂ­a para evitar accidentes.

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CAPITULO NUEVE

EQUIPOS ESPECIALES

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objetivos ESPECÍFICOS •

Reconocer las diferencias entre algunos equipos utilizados para el proceso de fabricación de los alimentos.

•

Analizar las diferentes características operacionales que ofrecen estos equipos.

•

Distinguir los sistemas de instalaciones y los accesorios que la componen.

•

Diferenciar e identificar los principales equipos especiales que hacen parte de una planta industrial de alimentos.

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9 PROCESOS INDUSTRIALES 9.1 Industria de lacteos Durante muchos siglos, los derivados lácteos se limitaron al queso y la mantequilla, elaborados siempre mediante procedimientos artesanales por los propietarios del ganado. Todo el proceso de producción de la leche ha sido automatizado, en mayor o menor grado, durante las últimas décadas.

9.1.1 RECEPCIÓN

La leche se recibe en las tradicionales cantinas o en carros tanques. Primero es filtrada para retener las particulas mas groseras y luego se procede al análisis de esta leche para ser liberada para los distintos procesos lacteos. Algunos de los equipos más utilizados en esta etapa son: Trasportador de cantinas, Volteador de cantinas, Tanque de recibo, báscula, Filtro de canasta.

9.1.2 PASTERIZACIÓN

Tratamiento de la leche. El deterioro de ésta es provocado por bacterias que transforman la lactosa en ácido láctico, lo que da lugar a que la leche se agrie.

Para destruir esas bacterias se efectúa el tratamiento denominado pasterización.

La mayor parte de las industrias lecheras efectúan la pasterización continua de la leche por el procedimiento de alta temperatura en corto tiempo: se calienta la leche a 344 K (71 0C) y se la mantiene durante quince segundos a esa temperatura, que se mide con un termopar; si no se ha alcanzado la temperatura requerida, una válvula de derivación devuelve la leche para un nuevo calentamiento. Después de la pasterización es esencial un enfriamiento inmediato del líquido, que se efectúa aprovechando la misma leche caliente para calentar parcialmente la leche fría situada al comienzo del ciclo, ahorrándose así energía.

A continuación, la leche es empacada automáticamente a una temperatura de 276 K (3 0C).

La leche pasterizada se conserva en buenas condiciones higiénicas durante unos tres días, en la nevera, pero ese tiempo de conservación se puede prolongar hasta unos siete días como mínimo mediante la esterilización. Primero hay que homogeneizarla, para lo cual se la hace pasar a presión a través de pequeños orificios y de este modo se rompen los glóbulos de grasa, de forma que la crema o nata se mezcla mejor con el resto del liquido, sin que vuelvan a separarse. A continuación se calienta con vapor, hasta 377 K (104 0C), durante veinte minutos por lo menos. A menudo ese calentamiento al vapor se efectúa directamente en el empaque, que inmediatamente es sellado de forma segura. La leche esterilizada adquiere el sabor de leche hervida.

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9.1.2.1 EQUIPOS DE PASTEURIZACIÓN Los elementos constituyentes de estas plantas son: Bomba centrífuga, Intercambiador de calor placas, Tanque de retención, Tanque de enfriamiento, Bomba de alta presión, Cabeza Inyectora de vapor, Tubería de retención, Válvula de diversión de flujo, Tanque de vacío, Bomba de vacío (Del tipo de varias etapas rotativas), Enfriador aséptico.

9.1.2.2 ULTRAPASTEURIZACIÓN El procedimiento de temperatura ultra alta (UHT), llamado también ultrapasteurización, según el cual se inyecta vapor en la leche hasta que la temperatura de la misma llega a 425 K (152 0C), la cual se mantiene durante unos tres segundos. El agua añadida en forma de vapor se elimina dejando expansionar la leche esterilizada en un evaporador instantáneo (al vacío), lo que además la refrigera. La leche ultrapasteurizada se mantiene durante varios meses en buenas condiciones sin necesidad de refrigeración, siempre que no se abra el envase.

9.1.3 ESTANDARIZACIÓN DEL CONTENIDO DE GRASAS

El contenido de grasas de la leche entera entregada a las centrales varía considerablemente día a día. Generalmente se aplican disposiciones para la estandarización del contenido de grasas en la leche para el consumo y la nata.

Los métodos de estandarización se clasifican según como se efectúe la remezcla y de sí la estandarización tiene lugar antes o después de la pasteurización.

La estandarización directa requiere una regulación cuidadosa de la cantidad de crema retirada (operación que puede ser automatizada), pero al mismo tiempo ofrece todas las ventajas de un proceso en línea continua. La instalación es también más pequeña y simple que con alguno de los métodos indirectos.

La estandarización con el proporcionado automático de la crema es generalmente el método más económico y exacto para las instalaciones en las centrales lecheras modernas de alta capacidad.

EQUIPOS DE ESTANDARIZACION Centrífuga. Construcción en acero inoxidable, motor encerrado en una carcaza de acero inoxidable pulimentada.

Estandarizadora. Separadora de leche de tipo centrífuga, todas las partes están en contacto con la leche en acero inoxidable, provista de medidor de crema, tacómetro, freno.

Desnatadoras centrífugas. Estos aparatos desnatan y purifican al mismo tiempo, se diferencian en lo esencial por la forma en que circula la leche y en que se

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separan las impurezas. Por la forma de circular la leche se distinguen las siguientes clases: -Desnatadoras semi-herméticas. Tienen arriba una entrada abierta para la leche entera y una salida cerrada para la descremada y la nata -Desnatadoras herméticas. Las hay de dos tipos: con entrada y salida cerrada en la parte superior. La primera para la leche entera y la segunda para la descremada y la nata, y con entrada cerrada para la leche entera en la parte inferior, por medio de bomba a través de un husillo hueco, así como salida cerrada para la leche magra y la nata en la parte superior.

El funcionamiento hermético impide en su gran parte la mezcla de aire con la leche, de lo cual resultan las siguientes ventajas: •Cuidadoso tratamiento de la leche en el interior del tambor, ya que este se encuentra totalmente lleno de liquido.

•Mayor grado de desnatado, hasta 0.005% (en presencia del aire pueden fragmentarse los glóbulos grasos hasta reducir su diámetro a menos de 0.81 micra, por lo que entonces no se pueden separar).

•La leche con escasa cantidad de aire es menos susceptible de adquirir sabor a quemado durante la pasteurización.

-Desnatadoras auto depuradoras. El tambor efectúa el proceso de separación propia mente dicho. El conocimiento preciso de construcción es particularmente importante, porque el montaje inadecuado puede conducir a notables alteraciones del funcionamiento.

9.1.4 PROCESOS DE RECOMBINACIÓN

La recombinación significa que un producto se compone de nuevo partiendo de ingredientes individuales de la leche que con anterioridad han formado un solo producto. Estos ingredientes son leche descremada en polvo, grasa de leche o vegetal y agua.

Los productos lácteos recombinados más importantes son: Leche líquida para el consumo, pasteurizada o esterilizada, Leche condensada, Leche condensada endulzada, Mantequilla y otros.

9.1.5 MANTEQUILLA

Para fabricar mantequilla, se emplea la crema directamente o después de fermentada mediante cultivos de microorganismos, que producen las condiciones adecuadas para el desarrollo del sabor y la eliminación de manchas indeseables.

A la crema fermentada se le añade agua fría hasta obtener una temperatura entre 285 y 290 K (12 y 17 0C). Después de colarla, comienza un batido a baja

253

velocidad, y una vez excluido todo el aire se aumenta esa velocidad hasta que se producen unos pequeños grumos de mantequilla, al cabo de unos 20 minutos. Se añade una pequeña cantidad de agua, a temperatura de uno o dos grados inferior a la de batido, a fin de evitar la aglomeración de la mantequilla, y se continúa batiendo hasta alcanzar el tamaño de grano deseado, más o menos como granos de arroz.

El residuo liquido, suero de mantequilla, se separa mediante bombeo a través de un cedazo, y la mantequilla se lava abundantemente hasta obtener un filtrado limpio. En las etapas finales de su preparación la mantequilla ha de ser trabajada (malaxada) hasta obtener una textura conveniente y expulsar el exceso de humedad.

A menudo se suele añadir un 5 % de sal, para aumentar el sabor y prolongar la vida de almacenamiento. El color natural de la mantequilla es debido al pigmento llamado caroteno; así, la nata procedente de ciertas vacas que se alimentan de pastos ricos en ese pigmento da lugar a mantequillas intensamente coloreadas.

Fabricación continua de mantequilla. Las máquinas continuas se basan en el proceso Fritz en el cual el batido de los glóbulos de mantequilla se efectúa primordialmente de la misma manera que el batido convencional. Sin embargo, el vigoroso tratamiento de la crema en el cilindro batidor reduce considerablemente el tiempo necesario del batido, formando inmediatamente los glóbulos en cámaras especiales en las que forman una mantequilla homogénea.

9.1.6 LECHE CONDENSADA Y EVAPORADA.

Estos dos productos exigen una concentración por evaporación a temperaturas entre 327 y 336 K (54 y 63 0C) y en el vacío. La leche condensada se basa en añadir azúcar a la leche hasta una concentración del 43 %, a fin de conservar el producto enlatado. La leche evaporada se conserva esterilizando las latas de leche en una retorta de vapor a 388 K (115 0C) durante unos veinte minutos.

La consistencia de la leche condensada se logra sembrando una pequeña cantidad de cristales de lactosa y enfriando lentamente el producto terminado hasta 297 K (24 0C), después de lo cual se agita y enfría hasta 289 K (16 0C). Al envasar la leche condensada no se trata mediante calor, por lo que todas las etapas de su fabricación deben desarrollarse en perfectas condiciones de higiene; por lo general, las latas y las tapas son esterilizadas al vapor antes de llenarlas. La leche evaporada se conserva durante dos años, si la temperatura no sobrepasa los 289 K (16 0C). A temperaturas de almacenamiento superiores a 294 K (21 0C) existe la posibilidad de que la leche adquiera un color oscuro, lo cual es totalmente inocuo, pero resulta desagradable para el consumidor.

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10.1.7 LECHE EN POLVO

La leche reforzada con vitamina D y desecada sobre tambores calentados al vapor se emplea para alimentos infantiles; pero la técnica más frecuente para obtenerla es el secado por pulverización.

Secadores de lecho fluido. Estos aparatos eliminan la humedad residual de la leche en polvo y provocan la cristalización de la lactosa, mejorando con ello la solubilidad.

FIGURA No 9-1 Secador de lecho fluido.

Antes de secar la leche descremada por pulverización, hay que aumentar su contenido en residuos sólidos hasta un 40 % mediante evaporación al vacío.

Después de ello, la leche concentrada se precalienta hasta 340 K (67 0C) y se pulveriza en el interior de una cámara de secado por aire caliente, a 463 K (190 o C), empleando una boquilla o un disco que gira a gran velocidad. Las gotitas de leche se secan por acción del aire y son transportadas neumática-mente desde el fondo de la cámara de secado hasta la sala de envasado. El producto final tiene un contenido de humedad inferior al 5 %.

Uno de los problemas que presentaban las primeras leches en polvo era la dificultad de su disolución al añadirlas a bebidas como el café o el té. Este problema fue resuelto haciendo pasar el polvo de leche por una corriente turbulenta de aire antes de que esté completamente seco. Las partículas de leche colisionan unas contra otras y forman copos, que se someten a un secado final y se envasan. Este es el sistema denominado aglomeración, y de él resulta la conocida leche “instantánea”.

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9.1.8 YOGUR.

El sabor y la consistencia característicos del yogur se obtienen tratando la leche con cultivos de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus. La leche debe ser pasterizada a 363 K (90 0C) antes de la inoculación, con el fin de matar los microorganismos naturales que contiene, algunos de los cuales podrían dar mal aspecto al yogur.

Una vez refrigerada la leche hasta 316 K (43 0C), se inocula con el cultivo y se introduce en los vasos de cartón para la venta, dejando que aquél se desarrolle durante varias horas a dicha temperatura. El producto final ha de ser refrigerado por debajo de 278 K (5 0C), pues de otra forma el cultivo permanecería activo y el yogur iría ganando en acidez.

9.1.9 MARGARINA

La margarina en la actualidad se ha convertido en un artículo alimenticio importante por derecho propio, y para su fabricación se utiliza gran variedad de aceites y grasas vegetales, animales y marinas, con las cuales se logra la mezcla aceitosa deseada para emulsionar con leche desnatada fermentada.

Mezcla aceitosa. Los fabricantes utilizan aceites vegetales importados (de palma, cacahuete, coco, girasol, semilla de algodón y soja) y grasas animales (de arenque y sardina) a fin de preparar la mezcla aceitosa. Antes de llevar a cabo el mezclado de los aceites, éstos deben ser refinados para purificarlos. La primera etapa de purificación es el desgomado, mediante la cual se eliminan impurezas como hidratos de carbono, proteínas, fosfolípidos y resinas. El aceite se calienta hasta unos 92 0C, con un 5 % de agua para que las impurezas se hidraten y produzcan una goma insoluble en aceite capaz de ser separada por centrifugación. En la fase siguiente de purificación, el aceite es neutralizado a fin de eliminar los ácidos grasos libres que alterarían el sabor, comunicándole gusto a rancio, cuando se oxidaran. Con frecuencia, esa neutralización se realiza, tratándolas con una solución de sosa cáustica a temperaturas entre 75 y 96 0C, durante un período de treinta minutos; en este tiempo, los ácidos grasos libres se combinan con la soda cáustica, para formar un jabón que puede ser extraído con facilidad. Después de separar este último, el aceite neutralizado se lava con agua y se seca al vacío.

El ultimo paso en la preparación de los aceites, antes de mezclarlos, es el de eliminar los olores. Todos los aromas volátiles que hacen desagradable el olor del aceite se eliminan por destilación al vapor.

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Diagrama explicativo de las diversas etapas de fabricación de la margarina: refinado del aceite, preparación de la leche y emulsión. El refinado, que proporciona aceites puros, inodoros e insípidos, comprende el desgomado, la neutralización y el decolorado, así como la posterior filtración. A menudo se procede a hidrogenar los aceites a fin de elevar su punto de fusión. Después de desodorizarlos, se mezclan en las proporciones adecuadas. La leche, que constituye la fase acuosa, se pasteuriza y se fermenta con bacterias que le confieren buen gusto y acidez. Las fases aceitosa y acuosa se mezclan con aditivos, antes de la emulsión.

FIGURA No 9-2 FABRICACIÓN DE MARGARINA La composición de la mezcla de aceites depende del tipo de margarina que se fabrique. Las margarinas de mesa deben ser fáciles de extender en un amplio margen de temperaturas y, no obstante, poder fundirse rápidamente en la boca.

Para lograr un campo de fusión amplio se utiliza una mezcla de aceite liquido y grasa dura; la fusión en la boca mejora incorporando aceites hidrogenados cuyo punto de fusión sea inferior a 34 0C. Fase acuosa. El contenido en agua de casi todas las marcas comerciales de margarina no debe exceder del 16 %. Esta procede de la fase acuosa, que

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consiste en una mezcla de leche descremada fermentada (leche “madurada” con bacterias, para darle sabor y acidez), leche desnatada, salmuera y agua.

Fase aceitosa. La mezcla de aceites tiene que contener cierto número de ingredientes antes de su emulsión con la fase acuosa.

Emulsión, enfriado y texturizado. Se mezclan cantidades cuidadosamente medidas de fase aceitosa y fase acuosa y se conducen mediante bombeo a un depósito, donde llega la mezcla se enfría. Este dispositivo consiste en un tubo cilíndrico provisto de rascadores que giran a unas 1.000 rpm; el enfriado se logra con refrigerante amoniacal, que circula por la camisa exterior del dispositivo. A medida que la emulsión cristaliza, las hojas raspadoras la arrancan de las paredes interiores del cilindro y la hacen entrar en un tubo de “temple”, de unos 18 cm de diámetro y 3 m de longitud, en el cual fragua la textura de la masa durante unos dos minutos antes de su extrusión y envasado.

9.2 Industria de cereales Para las industrias procesadoras de cereales se utilizan equipos ya mencionados en otros capítulos como son: Cribas planas, filtros, ciclones, molino, tamices, hornos, secadores, equipos de transporte y otros.

Preparación de cereales. Los procesos de panificación y fabricación de galletas o pastas han llegado a un alto grado de desarrollo. Sin embargo, algunos de los procedimientos más interesantes son los que se refieren a alimentos para el desayuno. Las escamas de cereales, alimento muy utilizado, se preparan cortando el cereal, limpio y desgerminado, en pequeños gránulos. A continuación se cuecen con sal y malta en un recipiente a presión, y después se procede a un “acondicionamiento” de los mismos durante más de 36 horas para modificar las celdas de almidón. Finalmente, los gránulos son sometidos a la acción del vapor, con lo que se forman escamas, las cuales son pasadas por entre unos rodillos y se tuestan en un horno giratorio. Por otra parte, para preparar trigo expandido, se limpia el grano, se des-cascarilla y se somete al calor, a fin de reducir su contenido en humedad a un 8 %. A continuación se calienta a 388 K (115 0C), y se coloca en una cámara rápida de presión, en la cual esa temperatura aumenta hasta 700 K (427 0C), y se introduce vapor a la presión de 1,4 MPa (14 kg/cm2). Después, una vez desconectada la cámara, se deja salir el vapor rápidamente, lo cual provoca la rotura de las celdas de almidón, a causa de la expansión repentina originada por la diferencia entre la presión de su interior y la atmosférica del exterior. Más tarde, el grano expandido es pulverizado con un jarabe y secado antes de envasarlo.

Otro procedimiento de preparación de cereales es la extrusión, consistente en hacer una pasta con el cereal que quiere prepararse, la cual se hace pasar por una máquina de extrusión y después se conforma en trozos pequeños.

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Escamas de cereal terminadas, en la cinta de inspección final. El cereal (maíz) es cortado en pequeños trozos y cocido con sal y malta. Después de otros procesos, el grano es sometido a la acción del vapor, se lamina en escamas y se tuesta.

FIGURA 9-3 ESCAMAS DE CEREAL. 9.3 INDUSTRIA PANIFICADORA Los procesos de panificación se estructura en diferentes niveles de complejidad industrial; se encuentran modelos artesanales hasta líneas industrializadas. En los últimos años estos modelos exigen desarrollos evolutivos. En el país se encuentra gran disponibilidad de maquinaria tanto de producción nacional como de producción extranjera.

Además, la tendencia en este sector es la de producción en línea continua, respondiendo a las exigencias del consumidor tanto en innovación como en higiene y seguridad.

9.3.1 PAN DE MOLDE

La producción de pan de molde en una gran panificadora automática no es de ningún modo un trabajo artesano, sino que está sometida a una dirección científica y técnica. Empieza cuando la harina, pasada por el tamiz, entra en la mezcladoraamasadora. Se añade la proporción correcta de agua a una temperatura determinada y cantidades exactamente medidas de levadura, sal, manteca y otros aditivos necesarios, según el tipo de pan que se quiera conseguir y el procedimiento que se haya de emplear, y todos esos ingredientes se mezclan juntos hasta obtener la masa.

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Mientras ésta fermenta, es transportada a una sala de temperatura constante en una especie de artesa metálica. Cuando la masa ha alcanzado el grado de sazón preciso, pasa a una máquina cortadora, que la fragmenta mecánicamente en piezas del peso deseado. Sí la masa ha alcanzado esa sazón por medios mecánicos o químicos, pasa directamente de la amasadora a la cortadora.

Las piezas de masa con su peso correspondiente son conducidas sobre cintas transportadoras hasta una máquina que les da forma de bolas y las deposita automáticamente en unas oquedades de otra cinta sin fin que recorre un recinto húmedo y cálido, en el que se da tiempo a que las piezas de masa se recuperen del castigo sufrido al cortarlas y moldearlas, y se reanuda la producción de gas.

Esquema del procedimiento ordinario de panificación. Todos los ingredientes, excepto azúcar y sal, se combinan en la primera mezcladora. Después de dos o tres horas se añaden la sal y el azúcar, se vuelve a mezclar la masa y se deja reposar de nuevo. Se da luego forma a la masa ya fermentada en porciones uniformes en una distribuidora de la que pasa a una moldeadora. Las piezas individuales de masa pasan entonces a una maquina intermedia para que maduren y recuperen la elasticidad perdida. Una moldeadora especial acaba de dar su forma a las piezas mediante un sistema de rodillos, que reducen al mínimo cualquier nueva deformación de la masa, y después de una nueva fase de maduración se cuecen las piezas.

FIGURA No 9-4 PROCESO DE PANIFICACIÓN

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Dichas piezas salen sobre otra cinta y son transporta das a otra máquina moldeadora, que las manipula hasta darles la forma adecuada para ser colocadas en moldes y éstos, de cuatro en cuatro, son transportados hasta una máquina de maduración que se mantiene a temperatura y humedad bastante altas, y en la que recorren un circuito cronometrado hasta que las piezas quedan listas para ser cocidas. Luego van a un horno en forma de túnel, alimentado por gas o petróleo, y pasan por él lentamente, saliendo ya cocidas pon el otro extremo. Diez minutos después de entrar en el horno la proteína se ha coagulado. El pan se saca de los moldes y pasa a unos anaqueles y transportadores, que se mueven lentamente, sobre los cuales circulan hasta que la temperatura se reduce. El tiempo total de cochura oscila entre 25 y 30 minutos. Para evitar que el vapor desprendido de la pieza forme una capa aisladora, que retrasaría la cochura, se instalan en los hornos dispositivos que crean una turbulencia de aire caliente alrededor del pan.

Una vez frías, las piezas de pan son generalmente transportadas a una máquina, en la que unas cuchillas, montadas verticalmente en un bastidor que se mueve arriba y abajo a bastante velocidad, las cortan en rebanadas. Las piezas quedan automáticamente cogidas entre planchas de metal, que mantienen juntas las rebanadas, y pasan a la máquina envasadora, de la que salen en bolsas de plástico listas para la venta.

La moldeadora, da forma a las piezas de masa y las introduce en los moldes, que se ve cómo pasan por debajo de la maquina en una línea continua y salen llenos. Una vez cocidas las piezas, las extrae de los moldes un extractor magnético, cuyos imanes sujetan los moldes de acero y los levantan para vaciarlos.

Figura 9-5 PAN MOLDE

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9.3.2 PANADERÍAS.

Las pequeñas panaderías de producción reducida elaboran panes de corteza que adoptan diversas formas, que se cuecen sin molde y se venden en piezas enteras de diferentes pesos. Las masas se hacen a máquina y en la actualidad muchos panaderos utilizan máquinas amasadoras de alta velocidad. También se han generalizado bastante las pequeñas máquinas moldeadoras, aunque todavía se moldea a mano buena parte del pan. Los hornos de pala son muy comunes, si bien empiezan a imponerse los rotativos, que tienen forma de tambor; en éstos se depositan las porciones de masa en unos anaqueles colgantes que giran en torno a un eje horizontal y dan cierto número de vueltas en el interior del horno antes de que el pan quede cocido. Luego se descargan uno a uno.

En la historia de la panificación se encuentra que el primer sistema usado por el hombre primitivo para cocer alimentos a base de cereales fue el fuego. Los egipcios fueron los primeros en inventar un horno. Era de forma cónica, ancho en la base y estrecho en la cúpula, construido con barro. Tenía una especie de estantería que dividía su parte interna. En la parte inferior se depositaba el fuego, que era producido por la leña o carbón. En el capítulo 6 se encuentra toda la información de los hornos además, en otros capítulos se habla de equipos como: amasadora, cortadora, tamiz, mezcladora, horno y otros. Ahora se explican algunos equipos específicos para esta industria.

Figura 9-6 LAMINADORA DE PAN Cuarto de crecimiento. Es un cuarto donde las características de temperatura y humedad son adecuadas para el crecimiento. Las condiciones suelen ser para fermentación: Temperatura, 26 oC. Y Humedad relativa 80% y en el caso del crecimiento la temperatura 30 oC y la humedad relativa : 85%

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9.4 INDUSTRIA deL CACAO 9.4.1 ELABORACIÓN CACAO EN POLVO

El cacao en polvo es uno de los ingredientes más importantes del chocolate. En realidad, el cacao es el fruto de la planta homónima que tiene forma de haya, el cual, después de quitarle el exceso de grasa, es molido hasta convertirlo en un polvo finísimo.

Hay tres sistemas fundamentales de elaboración que se inician con la fermentación de los granos del cacao tan pronto como son cosechados, a la que sigue la eliminación de las cáscaras o vainas y posteriormente, el tostado. Cuanto más alto sea el grado de tueste, más oscuro será el color y más fuerte el aroma del producto.

Los tres procedimientos que pueden seguir a esta preparación preliminar son: el del licor, el holandés y el expulsor. En el primer caso se muelen los granos hasta convertirlos en una masa pardusca y fluida, a causa de la presencia de manteca de cacao en los granos. Después se prensa esta masa, llamada torta, para eliminar la mayor parte de las grasas, y luego se muele; el producto de la molienda es pasado por un tamiz, del que sale el cacao en polvo.

El procedimiento holandés, o del “álcali”, consiste en poner los granos en remojo en soluciones alcalinas hasta que se humedecen y ablandan. Luego se dejan secar y se sigue un tratamiento como el del licor. Variando el grado de alcalinidad se alteran tanto el aroma como el color del cacao, y, si se desea, se puede obtener un color muy oscuro.

En lo que respecta al proceso expulsor o de extrusión, los granos son tratados con vapor de agua, el cual los ablanda, pero no los humedece. Los granos así ablandados resultan mucho más fáciles de prensar, y de ellos se puede extraer una proporción de grasa mucho mayor. La torta resultante es, por lo tanto, de muy bajo contenido en grasa, si se compara con la que resulta de los otros dos sistemas, y la estructura de las partículas del producto final es diferente.

En los tres procesos, el estadio final consiste en la reducción a un polvo muy fino, que se obtiene mediante molienda. Las tortas con un contenido bajo en grasas son muy duras, y, por lo general, pasan primero a través de rodillos dentados que las fragmentan en trozos pequeños, que son molidos seguidamente.

El molido final es una etapa muy crítica, puesto que la calidad del cacao en polvo, aroma aparte, se juzga generalmente por las dimensiones de sus partículas. La pulverización la efectúan dos discos, uno de los cuales gira a gran velocidad. Si durante esa pulverización la temperatura sobrepasa los 34 0C, la grasa que queda en el cacao se funde y las partículas de éste se aglomeran entre sí. Para evitar esto, se hace pasar una corriente de aire frío a través del pulverizador.

Tipos de cacao en polvo. El cacao en polvo destinado a la elaboración de bebidas achocolatadas suele estar mezclado con azúcar, sal, vainilla, canela y otras especias. Estos aditivos son pulverizados hasta que el tamaño de sus

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partículas es igual al de las del cacao. En un principio el cacao en polvo se disolvía con dificultad y no se dispersaba con rapidez en la leche caliente. Esto condujo a la elaboración del chocolate en polvo “instantáneo”. A fin de mejorar la dispersión del cacao en la leche, es necesario añadirle un agente humectante que sea comestible. Para tal finalidad se utiliza lecitina de soja, aunque comunica al cacao un aroma muy particular. El cacao en polvo se emplea también para elaborar pasteles, golosinas y helados.

9.4.2 FABRICACIÓN DE CHOCOLATES

El material básico que determina, más que cualquier otro, la calidad y el sabor del chocolate es el cacao. Es muy importante que los granos de éste sean recogidos en el tiempo adecuado, cuando no están verdes ni demasiado maduros. Se sacan de sus vainas y se dejan fermentar para que cojan gusto. El secado, que sigue a la fermentación, también es muy importante para asegurar la calidad de los granos. Luego quedan ya preparados para los procesos siguientes.

9.4.2.1 ELABORACIÓN DEL CHOCOLATE En primer lugar los granos se limpian y mezclan (El chocolate se hace normalmente con una mezcla selecta de granos). Una vez limpios, son tostados para que den todo su aroma; tanto la temperatura como el tiempo de tostado afectan de modo crítico al sabor del chocolate.

La segunda parte del proceso consiste en aventar los granos, con el objeto de separar el “grano” (la parte interior del grano) de la cáscara. Para este trabajo se han construido diferentes tipos, de máquinas, algunas de las cuales extraen mayor proporción de grano que otras. Una vez que los granos quedan rotos en pequeñas partículas, son molidos (generalmente haciéndolos pasar entre unos rodillos) hasta formar una masa blanda, de la cual se deriva todos los productos de chocolate.

La masa del chocolate es cuidadosamente mezclada con azúcar muy fino y se le añade manteca de cacao; esta última se fabrica prensando parte de la masa de cacao, lo que deja como residuo una torta, que se elabora hasta obtener cacao en polvo. En el caso del chocolate con leche, esta última (liquida o en polvo) se añade también en ese momento. Se extraen el exceso de ácidos y de humedad.

Un nuevo paso del proceso consiste en refinar la mezcla, para lo cual ésta pasa entre unos rodillos muy lisos hasta que se alcanza el tamaño adecuado de las partículas, lo cual determina la textura del chocolate acabado.

La siguiente fase, el homogenizado, es un arte que ha diferenciado a los chocolateros desde que se inventó el chocolate. Consiste en un amasado intenso, un tratamiento con calor y aireación, de donde sacará el chocolate su suavidad, su pureza, su textura cremosa, su sabor total y su completa homogeneidad. A este

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proceso se le llama también “conchado” (nombre que procede del latín). La concha original consistía en un recipiente plano de granito sobro el que pasaban unos pesados rodillos también de granito fijos a brazos de acero y que rodaban de atrás adelante y viceversa. Este viejo recipiente original tenía forma de concha y muchos fabricantes creen que el chocolate de mejor calidad sólo puede conseguirse en él.

Sin embargo, actualmente la mayoría de los fabricantes realizan esa operación en una concha vertical de acero (homogeneizadora). La duración de la homogenización y su temperatura varían; por lo común, cada fabricante guarda celosamente en secreto esos detalles, si bien suelen oscilar entre diez a veinticuatro horas para el chocolate con leche, a unos 65 0C, y veinticuatro a noventa y seis horas para el chocolate a la taza, a unos 75 0C, lo que proporciona mayor sabor de tuesta

Fabricación de pastillas de chocolate. Se limpian los granos de cacao y luego se tuestan para mejorar su sabor y para que se desprendan de las cáscaras más fácilmente. La trituración las separa; entonces se mezcla y muele el cacao, prensando su grasa, parte de la cual debe ser reemplazada. El líquido resultante se amasa y luego pasa por unos rodillos a fin de triturar las partículas sabulosas; luego es homogeneizado (movido), a veces durante días, para refinarlo. El chocolate líquido se vierte en moldes; en el caso del chocolate relleno, se llena el molde con chocolate líquido suficiente para formar la parte superior de las tabletas y se añade el relleno. Una capa final cierra las tabletas.

FIGURA No 9-7 FABRICACIÓN DE PASTILLAS DE CHOCOLATE

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9.4.2.2 TIPOS DE CHOCOLATE Después de las operaciones anteriores el chocolate recibe diferentes tratamientos según el uso final al que se destine. Las dos principales clases de chocolate son el chocolate para coberturas, que sirve para envolver o cubrir bombones, galletas, pastelillos, etc., y el chocolate de molde. Este último se vierte en moldes y se deja reposar; de este modo resultan las tabletas de chocolate, los huevos de Pascua, figuras, etc.

Cabría mencionar otros tipos de chocolate, aunque sus normas de contenido difieren de un país a otro y no todos pueden clasificarse como chocolate. Uno es el “chocolate de pastelería”, basado en aceite de palma endurecido como grasa principal, que reemplaza a la manteca de cacao. También hay el “chocolate de confitería”, que se hace con grasas vegetales especialmente tratadas, parecidas en muchos aspectos a la manteca de cacao. Ciertas grasas que tienen un punto de fusión más bajo que la manteca de cacao se utilizan en los chocolates para helados.

Las coberturas de chocolate las hacen especialistas, quienes las venden directamente a los fabricantes de bombones, galletas, helados, etc., en forma de bloques, planchas o líquido. Para utilizarla, primero se templa la cobertura, que se mantiene a determinada temperatura, de modo que cuando solidifique por última vez no quede rugosa (es decir, no tenga una apariencia como de nube), sino lisa y brillante. Los productos que se han de recubrir se colocan en una cinta transportadora, cuya base es una malla, que pasa por un rociador de chocolate.

Finalmente, los productos recubiertos de chocolate se introducen en un túnel de refrigeración.

Es esencial que el chocolate de molde sea templado adecuadamente; en la actualidad, las fábricas disponen de cierto número de máquinas completamente automáticas que hacen este trabajo en las salas de moldeado continuo. Una vez templado, el chocolate liquido es introducido en los moldes mediante un dispositivo alimentador y, al enfriarse, queda moldeado el chocolate sólido. En el caso de las tabletas rellenas, primero se llenan los moldes y luego se invierten, para desalojar el exceso de chocolate. Luego pasan por debajo de otro dispositivo alimentador que deposita el relleno. Seguidamente hay una última deposición del chocolate, la cual forma el dorso del producto ya acabado.

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Figura 9-8 CHOCOLATE DE CONFITERÍA. Para hacer huevos de Pascua, figuras, etc., el chocolate se vierte en moldes que reproducen la mitad del objeto, se unen ambas mitades y se hace girar rápidamente el conjunto mientras el chocolate solidifica. Un invento reciente es el molde de hoja de aluminio, que después sirve como envoltorio.

9.5 INDUSTRIA deL café El fruto maduro parece una cereza y contiene una pulpa amarilla que envuelve dos semillas ovales, o granos. Estos tienen una ranura, y se hallan unidos por sus caras planas; están cubiertas de una fina piel plateada y envueltos por otra piel externa pergaminosa más resistente. Después de la cosecha, los granos son acondicionados mediante un procedimiento húmedo o seco.

9.5.1 ACONDICIONADO DE LOS GRANOS

El procedimiento seco, empleado sobre todo en aquellos países donde escasea el suministro de agua, consiste en secar los granos mediante sistemas artificiales o extendiéndolos en una capa poco gruesa por el suelo para que se sequen al sol.

Hay que rastrillar esa capa a menudo a fin de que los granos se sequen de modo uniforme. Entonces se utiliza una máquina descascarilladora para eliminar el pergamino y la pulpa.

Cuando se acondicionan los granos mediante el sistema húmedo, se elimina primero, a máquina, la pulpa roja; luego, los granos, que todavía están en el interior de su corteza protectora, quedan en remojo durante unas setenta y dos

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horas para que fermente cualquier resto de azúcar que todavía les quede.

Después de sacarlos del agua, se lavan por completo hasta que la envoltura pergaminosa queda limpia. Se dejan secar y se elimina la piel mediante una máquina. Ambos procesos dan un grano acondicionado que suele recibir el nombre de café “verde”.

Una vez que finaliza el acondicionamiento del café, se comprueba su calidad para clasificarlo y ponerlo a la venta en los mercados mundiales. Puesto que el sabor de los granos varía según el tipo, las condiciones de crecimiento, el procedimiento de secado y otros factores, los compradores de café necesitan conocimientos muy específicos a fin de elegir los granos correctos para sus mezclas estándar.

9.5.2 TUESTE

Después de la mezcla, se tuestan los granos, proceso que requiere un cronometrado preciso, con el fin de que las células porosas transfieran todo su sabor y aroma a la infusión. Este tostado suele llevarse a cabo mediante tambores que giran mientras son calentados con gas, pero sin que entren en contacto directo con la fuente de calor. Los granos se depositan después en una gran bandeja metálica circular y perforada, en la que unas palas de metal les dan vueltas incesantemente. El enfriamiento rápido ayuda a conservar el aroma del café, ya que cierra los poros del grano.

9.5.3 CAFÉ SOLUBLE

Hay tres procedimientos para fabricar este café soluble, similares en lo que respecta a las fases iniciales de tueste, molido e infusión. Primero se limpian y mezclan los granos verdes. La mezcla comunica al conjunto las cualidades de las diferentes variedades y permite fabricar un producto más económico. La supervisión de los expertos en mezclas y un meticuloso control aseguran que se mantenga la calidad requerida.

9.5.3.1 FABRICACIÓN DEL CAFÉ SOLUBLE Se tuesta la mezcla seleccionada de granos, se deja enfriar y se tamiza antes de introducirla en el molino, previamente ajustado para obtener partículas de un tamaño determinado que permita extraer todo el sabor de los granos, sin aplastarlos. El café molido pasa a una instalación extractora en la que se hace pasar agua caliente a través del mismo.

Cuando la infusión alcanza la concentración deseada, es bombeada a través de un clarificador y un refrigerador, dejando los sedimentos escurridos para retirarlos después de la máquina extractora. El licor que resulta ya puede ser convertido en café soluble.

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9.5.3.2 SECADO POR PULVERIZACIÓN El procedimiento de secado por pulverización es el más barato y generalizado. La infusión de café se inyecta en un chorro muy fino al interior de una cámara por la que se hace pasar una corriente de aire caliente. De este modo el agua de las gotitas se evapora y es extraída, quedando las partículas de café seco, las cuales son conducidas posteriormente hacia la maquinaria de envasado.

Este café soluble debe ser introducido en ambiente completamente seco, dentro de recipientes herméticos a la humedad, ya que la más mínima cantidad de ésta es absorbida rápidamente, lo que ocasiona el deterioro del producto.

9.5.3.3 AGLOMERACIÓN Es otro procedimiento inventado recientemente; una vez terminado el secado por pulverización, el producto se vuelve a humedecer parcialmente con vapor o agua, o ambos, a fin de reunir el polvo en gránulos mayores. Esta operación cambia el aspecto del producto, pero no su sabor.

9.5.3.4 SECADO POR CONGELACIÓN ACELERADA, O LIOFILIZACIÓN El secado por congelación es el procedimiento más caro para fabricar café soluble, pero también el que mejor conserva el sabor del café. Por ello, a pesar del precio más elevado, ha aumentado la aceptación del café soluble por parte del consumidor.

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Fabricación del café soluble: después de tostar y moler los granos de café, se bombea agua caliente a través del café molido, hasta que se obtiene un licor de concentración determinada. El polvo de café se produce mediante un secado por pulverización o por congelación.

FIGURA No 9-9 CAFÉ SOLUBLE Después de. la extracción el licor se espuma con gas para obtener una densidad homogénea en el gránulo del producto final, A continuación se congela sobre una banda transportadora o un tambor, donde forma una cinta congelada. Esta es fragmentada, molida y cribada hasta lograr el tamaño de partículas requerido. El producto obtenido se coloca sobre bandejas, las cuales son introducidas en una cámara de alto vacío y se hacen descender sobre chapas calientes. La combinación de calor y vacío provoca el secado del café sin pasar por el estado líquido (sublimación). Después de seco, el producto se devuelve a sus condiciones normales de presión y temperatura y se envasa.

9.6 Industria CERVEcera La cerveza se viene fabricando de varías maneras diferentes desde hace por lo menos seis milenios, actualmente los tipos de cerveza pueden dividirse en dos grandes grupos: las denominadas lager, o de fermentación de fondo, y las de tipo inglés, o de fermentación de la parte superior, en cabeza. Algunas variedades de lager se conocen por el lugar en que fueron fabricadas por primera vez, como la Pilsen (de Pilsen, en Checoslovaquia), o la Dortmund (de Dortmund,

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en Alemania), La mayoría de estas cervezas son de color claro, bien aireadas, y de un gusto a lúpulo menos pronunciado que las cervezas de tipo inglés; la fermentación de fondo también se utiliza para producir cervezas más oscuras y de mayor cuerpo. La mayor parte de las cervezas fabricadas en todo el mundo son del tipo lager, generalmente con un contenido de alcohol del 3 al 5 % en peso.

9.6.1 PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA CERVEZA

Las materias primas utilizadas para la producción de esta bebida ejercen una gran influencia sobre el tipo y calidad de la cerveza que se obtiene. En teoría, la cerveza puede fabricarse por fermentación de cualquier cereal u otra fuente de almidón, como las patatas, en agua. En la práctica, el cereal más empleado es la cebada. También se añaden otros cereales o productos al molturado de la cebada con el fin de reducir costos, y a veces para lograr un sabor especial. Los principales aditivos son el arroz, el maíz, la tapioca, la soja, cebadas no malteadas y diversos azúcares.

La operación inicial para fabricar cerveza consiste en preparar una mezcla líquida, a partir de cebada, agua y lúpulo, que se denomina mosto. La cebada ha de ser sometida previamente al proceso de malteado, que normalmente no se desarrolla en la propia fábrica de cerveza sino en unas instalaciones especiales. El malteado de la cebada supone la germinación del grano en condiciones controladas para que produzca unas sustancias naturales, denominadas enzimas, que actúan como catalizadores en diversas reacciones químicas vitales para la fabricación de la cerveza.

Para ablandar la cebada y provocar su germinación, aquélla se remoja en agua a la temperatura de 13-16 0C durante un tiempo que oscila entre 48 y 72 horas, según sea el tipo de grano utilizado. Después de humidificada, la cebada es introducida en unos depósitos en los cuales se insufla aire húmedo para acelerar la germinación. En esos depósitos permanece durante un período de 7 a 11 días, y seguidamente se lleva a unos hornos, en los cuales su contenido en humedad se reduce a un 1,5 ó 2 %. Las raicillas que han crecido durante la germinación se desprenden y son extraídas para aprovecharlas como piensos para animales. A partir de aquí la cebada se conoce por malta, y ya contiene las enzimas que han de intervenir en las reacciones.

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Principales etapas de la fabricación de cerveza. Primero, la cebada se maltea y se desmenuza, después se introduce en la tina para preparar la pasta con agua y otros ingredientes, tales como cereales y azúcares, después de lo cual el mosto obtenido se separa de las granos agotados, que servirán para piensos para el ganado, y se hierve con lúpulo en una caldera de cobre. Finalizado el proceso, el mosto caliente se filtra y se eleva hasta un refrigerador. El lúpulo utilizado puede aprovecharse como fertilizante. Una vez frío, el mosto se introduce en los depósitos de fermentación y se añaden las levaduras. Después de la fermentación, la cerveza se filtra y se almacena durante un tiempo antes da envasarla en botellas, latas o barriles de madera o de metal.

FIGURA No 137 Fabricación de la cerveza En la fábrica de cerveza, la malta es triturada y convertida en una pasta mezclándola con agua y aditivos. Seguidamente se inicia la maceración, proceso enzimático que extrae de la malta los productos solubles, tales como el almidón y el azúcar. Los productos insolubles, como son las proteínas, se convierten en solubles por acción de las enzimas, que también convierten el almidón de la malta en el azúcar maltosa; la cantidad de maltosa producida determina el contenido alcohólico de la cerveza. La maceración debe ser controlada muy cuidadosamente a fin de que todos los procesos físicos y químicos y las reacciones enzimáticas estén coordinados para producir el tipo deseado y la calidad esperada de mosto y, por consiguiente, de la cerveza. El proceso de maceración de la cerveza de tipo

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lager difiere del que se sigue para las cervezas de tipo inglés.

9.6.2 MACERACIÓN POR INFUSIÓN

Para fabricar las cervezas inglesas se sigue el proceso denominado maceración por infusión, el cual se desarrolla en unos grandes depósitos aislados, ollas, que normalmente se calientan con vapor. La consistencia de la pasta es importante, de modo que en las ollas suele haber unas agitadores mecánicos, por ejemplo de tipo rastrillo. Es vital realizar un control muy preciso de la temperatura, ya que la desviación en sólo unos pocos grados es capaz de producir un tipo de mosto totalmente diferente del deseado.

Una vez que la pasta caliente ha llegado al punto en que se completa la conversión del almidón (en azúcar maltosa), la temperatura se eleva a unos 75 0C durante un corto espacio de tiempo. Esta operación, denominada fin de la maceración, se realiza para inactivar las enzimas, la mayor parte de las cuales dejan de actuar al alcanzar esta temperatura.

Luego se pasa la mezcla a una olla denominada de filtración se deja en reposo la pasta durante unos 30 minutos, a fin de que las cáscaras de grano insolubles se depositen en el fondo. Esas cáscaras forman una capa en el falso fondo del interior de la olla y actúan como un filtro. El mosto líquido se filtra hasta que aparece claro; los granos “agotados” se lavan, o riegan, con chorros de agua caliente para que toda la materia soluble atraviese el falso fondo de la tina de mosto hasta llegar al depósito receptor.

9.6.3 MACERADO POR DECOCCIÓN

La cebade malteada utilizada en el tipo de cervezas lager no se deja germinar un tiempo tan largo como en el caso de las cervezas de tipo ale, y luego se da a la pasta una textura más fina. La maceración se realiza en varias etapas: una primera cocción a 37 0C, seguida de otras sucesivas a 50 0C, 65 0C y 75 0C, o bien aplicando la elaboración rápida al estilo estadounidense, con dos cocciones a 65 0 C y 78 0C. 9.6.4 EBULLICIÓN

Después de preparado el primer mosto, éste y las aguas de lavado se trasladan a una gran vasija de cobre, que es en realidad una caldera de cocción de la cerveza, donde se hacen hervir intensamente con lúpulo, o extractos de éste (que a veces se añaden de forma progresiva), durante dos horas por lo menos. Esta operación tiene varias finalidades: esterilizar el mosto y reducir su volumen por evaporación del agua; eliminar el sabor amargo del lúpulo y facilitar la precipitación de cualquier proteína indeseable que haya permanecido en el mosto; lograr que las enzimas que no hubieran sido anuladas del todo anteriormente queden

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inactivadas por completo, lo cual evita que la cerveza llegue a estropearse más adelante, una vez embotellada o puesta en barriles.

Después de la ebullición, el mosto se descarga a través de un lecho filtrante, constituido por el lúpulo agotado, y luego es enfriado, normalmente en intercambiadores de calor, y se procede a airearlo para facilitar la posterior fermentación.

9.6.5 FERMENTACIÓN

Cuando el mosto se halla a la temperatura ideal pare que comience la fermentación se añaden las levaduras. Estas levaduras son organismos microscópicos relacionados con los hongos y de los cuales existen varios miles de especies distintas. Hay muchas cepas de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae), si bien todas pueden agruparse en uno de estos dos grupos: las que se elevan a la superficie y las que durante la fermentación se hunden hasta el fondo, con lo que se consiguen cervezas por fermentación en fondo o en la superficie. La temperatura particular elegida influye sobre la calidad y la fuerza de la cerveza, y, puesto que las levaduras son un tipo de vegetales, la temperatura de fermentación también varía con las distintas épocas del año. Las cervezas blandas requieren temperaturas más elevadas que las cervezas fuertes.

La acción de la levadura sobre el mosto es extraordinariamente compleja: da lugar a la formación de alcohol y dióxido de carbono, como productos principales, y otras muchas sustancias, tales como ácidos, ésteres y glicerina, que influyen, todas y cada una de ellas, en el sabor y el aroma de la cerveza.

En las cervezas de fermentación de fondo las levaduras se “siembran” a una temperatura que oscila entre 6 y 10 0C; la fermentación tarda unos ocho días en realizarse, después de lo cual la “cerveza cruda” se lleva a unos depósitos de almacenamiento, en los que permanece hasta tres meses (la palabra lager procede del alemán, “almacén”). La cerveza lager se mantiene a O 0C mientras se produce una segunda fermentación, que aclara el liquido y mejora su sabor.

Las cervezas de tipo inglés comienzan a fermentar a los 15 0C, aproximadamente, temperatura que durante el proceso aumenta hasta 21 0C. La fermentación tarda de cinco a siete días, a los cuales sigue un periodo de maduración a baja temperatura, de unas tres semanas.

Sea cual fuere el proceso utilizado, las capas de levadura se separan una vez finalizada la fermentación, y pueden ser utilizadas en posteriores operaciones de fabricación. La fermentación produce más levaduras de las que consume, según este procedimiento, y el exceso se utiliza en la fabricación de piensos para el ganado y extractos de levaduras. La cerveza pasa por una última operación de filtrado muy fino, para “pulirla”, es decir, para darle mayor transparencia y luminosidad antes de introducirla en los barriles, botellas o latas. Algunas cervezas de tipo inglés se someten a un proceso de fermentación secundaria en los barriles en que se expende, pero esta práctica en la actualidad es poco frecuente, puesto

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que la mayor parte de la cerveza a granel se suministra a presión en barriles de aluminio o acero inoxidable.

El lúpulo natural está siendo sustituido cada vez más en la industria cervecera por extractos del mismo, preparados en forma de polvo o de comprimidos que apenas dejen residuos. Los principales constituyentes de la cerveza son: hidratos de carbono, 5 %; proteínas, 0,6 %; pequeñas cantidades de riboflavina, niacina y tiamina, que son distintas formas de vitamina B; un 2 a un 6,5% de alcohol, y hasta un 90% de agua. Un litro de cerveza puede dar unas 500 calorías.

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Arriba, fase de germinación de la cebada en una fabrica de cerveza, abajo, izquierda, tinas de mosto, abajo derecha, el liquido filtrado se transfiere a una caldera de cobre donde hierve junto con lúpulo.

Figura 9-11 Equipos para cervecería.

9.7 fabricación de AZÚCAR refinado Gran parte de la caña de azúcar producida en el mundo es recogida a mano, después de quemar la planta para eliminar las hojas, si bien está aumentando progresivamente el empleo de sistemas mecánicos con aperos especiales para cortar y agavillar las cañas. La caña que llega a la fábrica azucarera se lava en unas cintas transportadoras a fin de quitarle la tierra, arena y otros residuos.

La caña de azúcar tiene un 90 % de jugo, que tradicionalmente se extraía mediante una combinación de cortadoras, troceadoras y prensas de rodillos. De esta forma se lograba extraer un 95 % de dicho jugo, rendimiento que ha mejorado, hasta llegar a más de un 97 %, al introducirse los procesos de difusión.

En uno de estos procesos se emplea el llamado difusor anular; se prepara la caña troceándola en molinos de martillo, que funcionan a 1.000 rpm. los cuales machacan el vegetal golpeándolo con unos martillos de acero. La caña troceada va al difusor, donde se sitúa en un plato anular rotatorio perforado y en el cual se extraen los azúcares por reciclaje del jugo, filtrado a través de las cañas a temperaturas de 71 a 75 OC. La caña de la que se ha hecho la extracción, bagazo, sale del difusor mediante unos tornillos sin fin; este bagazo suele utilizarse como combustible para alimentar la maquinaria que debe producir el vapor necesario para calentar el azúcar, y en algunas fábricas para impulsar la maquinaria.

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Figura 9-12 Extracción de azúcar a partir de remolacha Gran parte de las impurezas que acompañan el jugo de caña en bruto se eliminan añadiendo previamente una suspensión de cal, para lograr un pH de 8,5, y calentando a 104 0C, temperatura que se mantiene durante 20 minutos. De ese modo, los ácidos resultan neutralizados y los fosfatos floculan (coalescen) y absorben la materia colorante y los coloides (partículas suspendidas), que se extraen después que el producto se deja reposar durante unas tres horas en depósitos de clarificación. A continuación, el jugo clarificado se concentra hasta un 65 % en peso de azúcar en unos sistemas de evaporación de efecto múltiple. La temperatura del jugo en el primer evaporador es de unos 109 0C, y en los evaporadores siguientes se va reduciendo la presión de modo que en el cuarto el jugo hierve a 67,5 0C. El vapor generado en cada evaporador se condensa en los tubos calefactores de la fase siguiente, lo cual representa un ahorro en el consumo de energía.

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A continuación, el jugo concentrado se hace hervir hasta que se forma una solución sobresaturada (altamente concentrada) en calderas al vacío.

Seguidamente, se induce la cristalización “sembrando” un mágnum de azúcar y jarabe, para que dé una mezcla de cristales de azúcar y licor, la masa cocida. Esta masa cocida, a 71 OC, es extraída de las calderas de vacío y llevada a unos cristalizadores enfriados, donde se forman nuevos cristales de azúcar al reducir la temperatura a aproximadamente 37,8 0C, durante un periodo de 48 horas. Los cristales de azúcar bruto se separan recalentando la masa cocida a 50 0C, a fin de reducir la viscosidad, y tratándola en centrifugadoras que trabajan a 1.500 rpm. El jarabe residual purgado de la masa cocida es un liquido viscoso y oscuro que se conoce como melaza de retención de impurezas y se usa para la fabricación de ron, alcohol industrial y ácido cítrico.

REFINADO

La primera etapa del refinado del azúcar bruto se denomina afinado, y consiste en eliminar la película de melaza que recubre los cristales; para ello se entremezcla el azúcar en bruto con un jarabe de azúcar al 75 % en un depósito en forma de U. El jarabe es extraído por centrifugación, y el azúcar afinado se funde en agua pura a 88 0C hasta lograr un contenido del 66 % en peso.

El licor azucarado, blanco y acuoso, se concentra al 78 % en un evaporador de doble efecto; seguidamente comienza la cristalización en la cámara de vacío, mediante una nueva evaporación y siembra con azúcar fundente. El azúcar recuperado en las centrifugadoras contiene aproximadamente un 2 % de humedad la cual es eliminada secándolo durante 10 minutos, en un secador rotatorio de 9 m de longitud, con corriente de aire a 104 OC. Una vez enfriado el azúcar hasta los 43 OC, se traslada a los silos de almacenamiento, donde el aire se mantiene a una humedad relativa del orden del 60 % para evitar la absorción de humedad.

El azúcar en terrones se prepara mezclando azúcar seco con un 1 % de jarabe de azúcar e introduciéndolo en los moldes de un cilindro que gira contra una prensa estacionaria para comprimir los cubitos. Los terrones se descargan a una cinta transportadora y pasan a un calentador regulado a 60 OC, donde pierden la humedad. Los azúcares blandos varían de color desde marrón claro hasta oscuro, y tienen un 6 % de azúcar invertido y un 4 % de humedad.

9.8 TRATAMIENTO DE AGUAS Y ALMACENAMIENTO Para obtener agua, el hombre ha dependido siempre de fuentes naturales, tales como ríos, lagos, fuentes y pozos artesianos. A medida que la sociedad se ha industrializado, y reunido en mayores aglomeraciones urbanas, el control de abastecimiento de agua ha necesitado una supervisión más cuidadosa, sobre todo a causa de la creciente población.

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EL agua para la industria de alimentos debe ser potable, por lo que para controlar su calidad se efectúan varias pruebas que se refieren al sabor, olor, color, turbidez (causada por materiales en suspensión, tales como partículas de arcilla), medida de pH o acidez y contaminantes biológicos.

TRATAMIENTO DEL AGUA

El primer paso del tratamiento de aguas consiste habitualmente en disponer en la entrada un filtro basto para eliminar la hojarasca y objetos gruesos. A partir de aquí se sigue con diversas variaciones, por ejemplo, la adición de cloro en dos etapas como tratamiento previo o posterior. Una secuencia típica de tratamiento es la siguiente: El agua entra en las instalaciones por una torre de toma que permite la captación a diferentes niveles; pasa a través de carbón activado, a fin de eliminar posibles sabores y olores, y recibe la primera adición de cloro, para el control bacteriológico. En las instalaciones modernas pasa seguidamente pro un microfiltro, consistente en un tambor de malla muy fino de acero inoxidable que retiene las algas y materiales de tamaño similar, y continúa hacia la fase de floculación u coagulación.

Algunas partículas presentes en el agua son tan finas que para retenerlas y coagularlas es necesario utilizar una especie de “bayeta” química. Entre esas partículas se hallan los coloides, que provocan la turbidez y coloración del agua, y las bacterias. Por lo general, los productos químicos se añaden como coagulantes son sulfato de aluminio y sulfato férrico, o cloruro férrico, además se suele añadir almidón para facilitar el proceso coagulante.

Los compuestos orgánicos forman iones con cargas eléctricas positivas fuertes, las cuales atraen a las partículas pequeñas y algunas bacterias que son portadoras de cargas negativas. Esto da origen a una “bayeta”que se sitúa encima y separada del fondo del tanque; el agua que entra en éste por la parte inferior pasa lentamente a través de la “bayeta”, que actúa de filtro, y pone en estrecho contacto los iones positivos y negativos, hasta hacerlos coagular.

El agua clara pasa a los filtros, que pueden ser lentos o rápidos. Un tipo de filtro rápido de gravedad utiliza tres capas de medios filtrantes: el primero arena fina, seguida de arena más gruesa y, finalmente, una capa de antracita. El filtro se limpia invirtiendo el paso de agua una vez al día, con lo que aquél vuelve a su forma original a causa de la diferencia de tamaño de las partículas. Otros tipos de filtro rápido consisten en un lecho de arena sobre otro de gravas. La mayoría de los sistemas modernos son del tipo rápido de gravedad. Después de filtrada, el agua debe pasar por un aireador, en forma de fuente o de chorros de agua, a fin de saturarla de oxígeno antes de tratarla con cloro. La dosificación de este último depende del caudal, y el agua esterilizada pasa seguidamente a la unidad de desclorificación, en donde se añade dióxido de azufre, para eliminar el cloro; sin embrago, es aconsejable conservar en ella algo de cloro residual.

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Figura 9-12 Esquema del tratamiento de aguas

280

UNIDAD 2

DISEﾃ前 OPERACIONAL Y ESTANDARIZACION DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

281

282

CAPITULO 10

OPERACIONES Y PROCESOS INDUSTRIALES

283

10.- OPERACIONES Y PROCESOS INDUSTRIALES. En la obtención de productos se desarrollan las llamadas operaciones, etapas y procesos industriales.

Esta clasificación es muy precisa a nivel industrial aunque sus orígenes se tienen en los procesos artesanales a nivel de cocinas domésticas o en pruebas de campo a nivel de laboratorios, que se han constituido en la cuna de los procesos industriales a diferencia de otros que nacen en plantas piloto o laboratorios, (industria química) o en talleres (industria metalmecánica) 10.1.- Operación.

Es una acción elemental necesaria en el desarrollo de un proceso; a diferencia de las etapas, es imposible realizar un proceso mediante una sola operación.

Algunas operaciones no implican o no intervienen directamente en el manejo de los insumos o productos.

Siempre se requiere de operaciones consecutivas o paralelas para desarrollar una etapa o un proceso.

Algunos ejemplos de operaciones realizadas en la industria de alimentos: • • • • • • •

Alistar un implemento.

Arrancar un equipo.

Encender una estufa.

Adicionar agua a una marmita.

Retirar el consomé de un cocinado Introducir una bandeja con moldes de pan a un horno.

Asear una olla.

En algunos procesos que requieren de muchas operaciones y a nivel de pequeños equipos, un conjunto de acciones que se realizan para una labor especifica, se puede tomar como operación.

El aseo manual, en un fin de semana para, una marmita, que consta de varios pasos se puede tomar como una operación, aunque en esencia se requiere de las siguientes operaciones elementales • • • • • • • •

Retirar los sólidos o líquidos residuales Adicionar agua Hacer Prejuagado Cepillar adicionando detergente Retirar detergente con agua Juagar con agua fresca y limpia Escurrir Secar.

284

En algunas industrias el aseo de equipos se constituye en procesos con operaciones y etapas muy definidas y que demandan considerable tiempo. Tal es el caso en la industria cervecera, del aseo en un fin de semana de una olla de filtración con falso fondo o láminas perforadas de filtración, que requiere de las siguientes etapas: • • • • • • • • •

Prejuagado retirando sólidos retenidos Desarmado del falso fondo Aseo manual con cepillado de las láminas del falso fondo Juagado de las láminas.

Aseo manual del fondo verdadero Aseo manual de paredes y tapa de la olla Juagado del fondo verdadero, paredes y tapa Armado del falso fondo Juagado final.

Este proceso normalmente dura entre 4 y 8 horas dependiendo del tamaño del equipo.

En forma gráfica se puede representar el proceso así:

PREJU AGADO

DESARMADO DEL FALSO F ONDO

ASEO MAN UAL DE LAMINAS

JUAGA DO DE LAMINAS

ASEO MANU AL DEL FONDO

JUAGADO FI NAL

ARMADO DEL FALSO FOND O

JUAGADO DE FONDO, PARED Y TAPA

ASEO DE PAREDES Y TAPA

FIGURA 10-1 Diagrama de aseo de una olla de filtración en la industria cervecera 10.1.1.OPERACIONES SECUENCIALES

Son las que se desarrollan en cadena como en la elaboración de una sopa de pasta ya para servir a la mesa:

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• • • • • • • • •

Alistar marmita Adicionar agua Abrir vapor para calentamiento Adicionar ingredientes o materias primas secundarias Adicionar condimentos Llevar a ebullición Adicionar pasta Hervir.

Servir ALISTAR MAR MITA

ADICIONAR AGU A

ABRIR VAPOR

ADICIONAR MATERIA PRIMAS SECUNDARIAS

ADICIONAR CONDIMENTOS

SE RVIR

HERVIR

ADICION AR PASTA

LLEVAR A EBULLICION

FIGURA 10- 2 Diagrama de elaboración y servida de una sopa de pasta 10.1.2.OPERACIONES PARALELAS.

Son aquellas que se realizan independientemente para confluir a una común Para disponer de una base para la elaboración de sopas y caldos se debe a obtener un consomé de pechugas de pollo, que se ha de congelar Se tienen operaciones paralelas en la elaboración de un consomé de pechuga de pollos las que corresponden al calentamiento del agua y a la adecuación de las pechugas congeladas: a)

b.-

Alistar olla Adicionar agua Prender estufa Adicionar condimentos Llevar a ebullición Descongelar pechugas Trozar o cortar las pechugas Adicionar los cortes al agua caliente o hirviendo

286

En la figura 10-3 se representan las diferentes operaciones paralelas.

Ad icionar agua

Alistar o lla

Prender estufa

Adicionar condimentos

Hervir

Adicionar trozos

Sacar pechugas

Descong elar

Trozar

FIGURA 10-3 Diagrama de cocción de pechugas de pollo Como operaciones comunes, al agua y a los trozos de pechugas, se tienen las operaciones de: • Hervir.

• Enfriar.

• Separar trozos de pechuga.

Para los trozos de pechugas • Empacar trozos • Guardar trozos Y finalmente para el consomé • Congelar consomé y • Almacenar consomé.

Representadas en la figura 4

287

Empacar trozos

Hervir

Enfriar

Guardar troz os

Separar troz os

Almacenar Consomé

Congelar consome

FIGURA 10-4 Diagrama de obtención del consomé de pollos Para establecer el grado de minuciosidad, al definir y enumerar la operaciones debe tenerse presente el tiempo empleando y su incidencia en el tiempo total del proceso.

10.2.- Etapa. Es un conjunto de operaciones necesarias para desarrollar un producto en proceso o un producto terminado.

En la inmensa mayoría de procesos y a medida que se avanza en la producción se van modificando las materias primas, es decir su características físicas, químicas, microbiológicas u organolépticas, todas o una en particular, cambian y pueden aparecer los llamados productos en proceso, aún sin tener las características finales. Los cambios La etapa esta asociada a una operación unitaria o a un proceso unitario.

En uno de los varios procesos de elaboración del jugo de naranja se tienen como etapas : • Alistamiento de la fruta.

• Exprimido. y • Filtrado.

Alistam iento de la fruta

Exprimido

Filtrado

FIGURA 10-5 Diagrama de obtención de jugo de naranja A su vez el alistamiento operaciones

puede hacerse

en un mesón con las siguientes

• Colocación de la naranja en el mesón.

• Corte en dos mitades.

• Transporte al exprimidor.

288

• Aseo del mesón y de los cortadores En la representación gráfica se ha tomado un recuadro grande para encerrar las operaciones propias del alistamiento.

Coloca ción de la na ranja

C orte en mitades

Transporte al Exprimidor

Aseo del mesón y cortador

FIGURA 16 Alistamiento de naranja para obtención del jugo.

La naranja cortada se constituye en un producto en proceso ya que la materia prima naranja entera ha sufrido una modificación física, corte o reducción de tamaño Para la etapa de exprimido que se constituye en el principal proceso se tienen como operaciones: • • • •

Colocación de las mitades en el exprimidor Extrusión Retiro de las cáscaras Aseo del exprimidor

Al obtener un jugo claro se deben retirar las semillas y restos de alvéolos, para ello se emplea la filtración, con las siguientes operaciones • • • • •

Alistamiento del recipiente para recibir jugo filtrado.

Alistamiento del filtro.

Traslado del jugo al filtro.

Filtración.

Aseo del filtro.

Es de resaltar que en cada una de las etapas se tiene una operación común y es la del aseo del equipo. En la inmensa mayoría de las veces esta operación se omite. Sin embargo cuando el aseo demanda bastante tiempo siempre debe considerarse como etapa.

Siempre, así no se detallen en operaciones, se deben tener en cuenta las etapas de alistamiento y/o revisión del equipo, accesorios y partes y el alistamiento de insumos, materias primas, materiales en proceso y el aseo del equipo.

Es decisorio del diseñador tener en cuenta aseos de áreas o pisos, retiro de subproductos y residuos como operaciones paralelas.

10.3.- Proceso industrial.

Es una o más etapas desarrolladas para transformar insumos en productos ya sea en proceso o producto final, dependiendo de la complejidad o duración del proceso.

289

La obtención de carne frita en un restaurante se constituye en una etapa y a la vez en el proceso, mientras que la preparación de hamburguesas se constituye en un proceso de varias etapas.

Es importante tener en claro la diferenciación entre proceso con la connotación de acción fabril o industrial y el proceso unitario.

En procesos industriales que involucran grandes volúmenes de producción o demasiadas etapas o un largo tiempo, el proceso se subdivide en procesos particulares o específicos.

El proceso de elaboración de cerveza se subdivide en procesos de: • • • • •

Obtención de la malta cervecera Adecuación de materias primas Obtención de mosto Fermentación y Maduración Filtración y envase de la cerveza.

A su vez cada proceso individual se divide en etapas, por ejemplo la obtención del mosto, con etapas • • • •

Maceración de la malta Filtración de la masa Ebullición del mosto.

Sedimentación y Enfriamiento.

y como es de esperar cada etapa tiene sus respectivas operaciones. En la maceración de la malta se tiene • • • • • • • • •

Alistamiento del agua a 36 o.C Adición de la malta molida.

Subir temperatura a unos 52 o.C Mantener durante 10 minutos a 52 o.C Subir a unos 72 o.C Reposo durante 15 minutos a 72 o.C Subir a 76 o.C Descanso o reposo durante 5 minutos a 76 o.C Bombear a filtración.

Más adelante se hará un análisis de la maceración. No se hace absolutamente necesario, pero si conveniente, entrar a establecer en forma clara si las acciones se clasifican como operaciones, etapas o procesos, lo importante es tener presente que existen y que para su ejecución demandan espacios en el tiempo, en áreas de producción, equipos y mano de obra y significan costos dentro de un ejercicio económico que es inherente a cualquier actividad fabril.

290

FIGURA 11-1 Proceso de elaboraci贸n cerveza Tomado de Cervecer铆a Leona S.A

291

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE A nivel domestico, seleccione la elaboración más compleja posible de un alimento y haga un listado de las operaciones, etapas y procesos realizados. Tome el tiempo empleado para cada operación realizada Elabore una lista de los equipos, utensillos y menaje empleado.

Analice en detalle cada una de las operaciones, etapas y procesos y establezca si una o más se pueden modificar acortándolas en el tiempo o si se pueden eliminar.

Evalúe la alternativa de hacer aseo de utensillos cada vez que se terminan de emplear o esperar al final del proceso.

10.4. - Estudio del proceso industrial Proceso industrial es el conjunto de operaciones y procesos unitarios requeridos para transformar insumos a productos mediante el empleo de equipos y mano de obra apropiados.

Los proceso industriales en alimentos a menudos son un conjunto de operaciones complejas que requiere de gran cantidad de equipos. Los principios generales de esas operaciones han sido o se están estudiando cuidadosamente y algunos son muy bien conocidos y entendidos.

Conociendo los principios es posible diseñar los pasos de la mejor forma posible.

Los procesos industriales interdependientes: • • • • • •

se

estudian

bajo

seis

consideraciones

Clase de proceso Variables de proceso.

Balances de masa y energía Operaciones y procesos unitarios Instrumentación y Control Costos.

Para los propósitos del presente módulo se estudiaran las cuatro primeras consideraciones 10.4.1. CLASES DE PROCESO. Acorde a la dinámica (movimiento) lineal de los materiales, productos en proceso y producto terminado se clasifican en procesos continuos (con movimiento lineal) y de cochada (sin movimiento lineal) En algunos procesos de cochada se le suministra a los materiales un movimiento rotacional o circular, como en el caso de mezclado o agitación en tanques, o agitación en ollas durante un calentamiento.

292

10.4.1.1. PROCESO DE COCHADA Es aquel en el cual el ó los materiales permanecen en el equipo mientras se realizan las operaciones o procesos unitarios correspondientes a una o más etapas. Entre los más representativos tenemos: •

• •

Elaboración de alimentos a nivel doméstico. En la elaboración de los alimentos en los hogares, artesanalmente y en muchos restaurantes se tienen fundamentalmente procesos de cochada; la elaboración de una sopa, la cocción de verduras o el freído de carne realizados en una olla o sartén.

Selección y clasificación, lavado y escaldado de cantidades determinadas en frutas y verduras en mesas y recipientes.

Labores tradicionales de mezclado de ingredientes, amasado como el remojo de harinas, horneado en la obtención de panes, secado en secadores estacionarios, concentración en la obtención de mermeladas o arequipes.

En los procesos de cochadas y para correlacionar las variables involucradas se manejan volúmenes o cantidades de masa (en peso) y un tiempo total de proceso.

• • • •

Mezcla de hierbas, sal y condimentos para la obtención de 20 kilos de un adobo, efectuado en una mezcladora en el lapso de 15 minutos.

Horneado de diez bandejas con 50 panes de 100 gramos, cada una, durante 35 minutos.

Osmodeshidratación de 50 kilos de tajadas de guayaba, en el transcurso de 48 horas.

Añejamiento de 15000 litros de vino durante 3 años.

10.4.1.2.- PROCESO CONTINUO. Es aquel en el cual el material o producto en proceso pasa a través del equipo sufriendo una operación o proceso unitario durante su paso. Realmente corresponde a lo que se conoce como flujo y el manejo de unidades se realiza fundamentado en las unidades propias de flujo como kilos por hora (k / hr), metros cúbicos por segundo ( m3 / s ) galones por minuto (GPM), etc.

Entre los procesos continuos más representativos tenemos: • • •

Transporte de materiales, sólidos a granel, mezclas ó líquidos.

Procesos de molienda y pulverización, tamizado.

Envasado de alimentos y bebidas.

Y ejemplos específicos: • • •

Transporte de maíz en un tornillo sinfín a razón de 4000 kilos por hora.

Pasterización de 8.000 litros de leche por hora leche Molienda de malta a un flujo de 2.500 kilos por hora

293

• •

Dosificación de cloro a razón de 3 miligramos por minuto en un tratamiento de aguas.

Desaireación de 5.000 latas por horas de sardinas en un túnel de exhausting

A nivel industrial un proceso continuo se realiza en un período de tiempo definido que esta determinado por las jornadas de trabajo que se tienen en las empresas.

Un molino de maíz (como empresa se llama trilladora de maíz) que tiene dos jornadas de trabajo, laborará durante 16 horas. En este lapso de tiempo o aún de acuerdo a la programación interna el transportador de maíz y el molido trabajan a un flujo de 4000 kilos por hora. Puede ocurrir que un sábado se trabajen cuatro horas y durante este lapso de tiempo los equipos trabajan continuamente al flujo establecido Algunas plantas de la industria cervecera tienen programación continua durante la semana y se para el día sábado al mediodía para hacer aseos generales y completos. Se tiene una programación de tres turnos para cubrir la jornada del día.

El envasado que comprende las etapas de desencanastado de botellas, lavado de botellas, envasado propiamente dicho, tapado, etiquetado, pasterizado y encanastado se realiza en forma continua pero únicamente durante 22 horas al día, pues se hace necesario parar durante dos horas para hacerle aseo a las lavadoras y pasterizadoras por la acumulación de residuos y vidrio que no se pueden retirar continuamente.

Recordemos que en procesos industriales que involucran muchas etapas el proceso global se puede subdividir en procesos, y bajo esta consideración, para la obtención de muchos productos se tienen de las dos clases de procesos , procesos continuos y por cochadas o por lotes.

Por analogía las etapas y operaciones también se clasifican como continuas o por lotes.

En algunas industrias se hace necesario preparar los insumos o materias primas secundarias, tal es el caso de la preparación de un jarabe invertido de azúcar en la osmodeshidratación de la guayaba. La obtención del jarabe en sí es un proceso, aunque en el proceso industrial de la osmodeshidratación de la fruta es una etapa.

Un criterio para establecer definir si es etapa o proceso lo constituye la disponibilidad en tiempo y espacio para obtener o adecuar el insumo.

El jarabe debe prepararse antes o simultáneamente al inicio del manejo de la fruta; el caso es que debe estar listo para iniciar la osmodeshidratación propiamente dicha.

El jarabe se puede preparar con mucha antelación y aún, como hoy, se esta convirtiendo en actividad normal, se adquirir el insumo ya terminado a otras empresas.

Caso 1.- En la obtención de tajadas osmodeshidratadas de guayaba se tienen las siguientes etapas:

294

• • • • • •

Preparación de jarabe.

Recibo de la fruta.

Selección y clasificación de la fruta.

Escaldado.

Adecuación de la fruta.

Osmodeshidratación.

Recibo de la f ruta Preparación Jara be

Selección y clasif ic ación

Escald ado

Ad ecuación de la frut a

Osmodeshid ratación

Retiro de la frut a

FIGURA 11-2 Osmodeshidratación de la guayaba Doméstica o artesanalmente para trabajar 10 ó 100 kilos el proceso es por cochada o lotes y corresponde a lo que se va a procesar, una cochada de 10 kilos ó un lote de 100 kilos.

Industrialmente algunas etapas puede constituirse en un proceso y tenemos que: • • • •

La preparación del jarabe es un proceso por cochadas El recibo de la fruta es por cochadas, ya sea en cajas o por el contenido de un vehículo, es una etapa La selección , clasificación y escaldado son etapas continuas La adecuación de la fruta (tajado o troceado) es continua.

295

• • • •

La osmodeshidratación es por cochadas.

El juagado es una operación continua El secado es por cochada y El empaque es continuo.

Caso 2.- La elaboración de tamales a nivel artesanal (ver anexo 2) establece los siguientes etapas, todas ellas por lotes: • • • • • • • •

Adecuación de materias primas.

Cocimiento de las carnes Preparación de la masa.

Dosificación o porcionado de la masa Ensamble del tamal ( colocación de carnes y adición a las hojas) Amarre del tamal.

Cocción del tamal.

Enfriamiento.

A nivel industrial las etapas de preparación de la masa, dosificación, ensamble y amarrado se hacen en forma continua.

Muchos procesos tienen etapas por cochadas y etapas continuas, una forma de integrar las dos clases de etapas es mediante los que se denomina tanques pulmón o de acumulación para líquidos o sólidos pulverulentos o granos, y mesas de acumulación o canastas en sólidos regulares o productos empacados.

En el caso de la elaboración industrial de tamales, para tener continuidad en la producción se dispone de una marmita y dos tanques pulmón .La masa elaborada en una primera cochada se pasa al primer tanque pulmón de donde se dosifica o porciona a las hojas para un ensamble continuo, mientras tanto se esta procesando la segunda cochada de masa que se recibe en el segundo tanque pulmón. Cuando se termina de dosificar del primer tanque se pasa a dosificar del segundo tanque pulmón y se elabora la tercera cochada que a la vez se recibirá en el primer tanque. (ver cronograma de proceso) El empaque de leche en bolsas o de arroz en talegas se constituye en una operación continua disponiendo de la leche en un tanque y del arroz en una tolva alimentadora.

La mesa de acumulación, que como su nombre lo indica, es una mesa o un espacio de gran tamaño superficial que permite recibir productos de un equipo continuo, para alimentar un equipo por cochadas.

En la industria de tamales se dispone de una mesa de acumulación y canastillas para recibir los tamales ensamblados permanentemente y que se han de cocinar por cochadas en un horno.

Una de la más valiosa herramienta de trabajo para la visualización de procesos es el diagrama de flujo.

296

10.4.2. DIAGRAMA DE FLUJO. Es la representación gráfica de operaciones y etapas que tienen lugar en un proceso.

En algunos, se representan la secuencia coordinada de los procesos y operaciones unitarias que permiten la transformación de las materias primas a productos finales y subproductos.

También se usan los diagramas de flujo para representar la secuencia de equipos y operaciones unitarias en todo el proceso, visualizar simplificadamente los procesos de manufactura e indicar las cantidades transferidas de masa y energía.

La secuencia, realizada mediante figuras predeterminadas, se hace en forma horizontal o en forma vertical dependiendo del área disponible para la representación.

10.4.2.1. CLASIFICACIÓN. Se tienen diversas clasificaciones de los diagramas de acuerdo a la información suministrada y la forma como ella se presenta.

La más amplia clasificación establece dos grupos, los diagramas de flujo cualitativos y los cuantitativos.

10.4.2.2. DIAGRAMA DE FLUJO CUALITATIVO. Es el tipo de diagrama más ampliamente usado y en el se indican operaciones o etapas con campos independientes como flujos de materiales, operaciones unitarias involucradas, equipo necesario o variables que intervienen en el proceso.

Indistintamente se tienen diagramas cualitativos con dos o más campos como flujos de materiales y operaciones unitarias u operaciones unitarias y equipos.

10.4.2.3. DIAGRAMA DE FLUJO CUANTITATIVO. Es el se representan las operaciones o etapas con las cantidades de materiales necesarios, materiales en proceso, productos finales y subproductos. También se pueden incluir las variables en sus rangos de operación.

10.4.2.4. DIAGRAMA DE FLUJO COMBINADO. Los llamados diagramas de flujo combinado incluyen la localización de aparatos de medida, así como registradores y controladores de presión y temperatura, lo mismo que la ubicación de válvulas de control e instrumentos especiales. Las zonas críticas de operación son realizadas y se muestra cada equipo designándolo por un número de código definido.

297

Tablas que acompañan a los diagramas dan información adicional sobre los equipos, tales como especificaciones para adquisición o para construcción, tipo de fabricación, cantidades y clases de reactivos involucrados y cálculos básicos.

10.4.2.5- DIAGRAMA ELEMENTAL Es el método más simple de expresar gráficamente un proceso y comúnmente se conoce como diagrama de flujo de bloques. El diagrama está constituido por pequeños bloques y flechas, con los nombres de los títulos o pasos particulares del proceso escritos dentro de los bloques. No se da información adicional, ni se relaciona el número o clase de equipo. Es el diagrama más simple, más rápido y efectivo para tener un conocimiento muy global de un proceso.

Un diagrama de bloques deberá ser la primera y más sencilla etapa en el delineamiento de todos los pasos que tienen lugar en el proceso completo. Este enfoque del proceso no solamente es una ayuda para los ingenieros, sino también un método para dar información a aquellas personas que no están familiarizadas con un proceso en particular.

Los diagramas de bloques se emplean ampliamente para ilustrar y permitir evaluaciones en las áreas de manufactura de una planta.

Caso 3.- En la cocción de un huevo se tienen varias operaciones que involucran el recipiente con agua, una estufa y el huevo.

La relación de operaciones es: • • • • • • • • • • •

Alistar el recipiente.

Adicionar agua al recipiente.

Llevar recipiente a la estufa.

Prender la estufa.

Adicionar el huevo.

Llevar a ebullición.

Hervir.

Retirar el huevo.

Enfriar el huevo.

Pelar Almacenar el huevo.

Se tienen otras operaciones colaterales relacionadas al recipiente y agua contenida que se relacionan al finalizar la operación .

Se puede elaborar el diagrama de flujo, de bloque, para las operaciones involucradas en el proceso empleando un trazado horizontal, que dada la extensión de la hoja, lleva a establecer cuatro cambios de dirección .

El cambio de orientación de la hoja a horizontal permite menores cambios de dirección.

298

De todas formas no se debe escatimar espacio y la presentación del diagrama debe ser suficientemente clara.

Como se puede apreciar en las figuras 9 y 10 el tamaño de los bloques es lo suficientemente grande para que los títulos de las operaciones y el tamaño de letra escogido permitan una fácil lectura y seguimiento Las dos últimas operaciones pueden excluirse del diagrama de flujo, ya que en el proceso se busca la cocción del huevo y estas dos operaciones no directamente involucradas a la cocción, pueden ser realizadas mientras se deja enfríar el huevo ó dejar para más tarde y en algunas circunstancias no se requiere lavar el recipiente sino solamente botar el agua.

También se puede elaborar un diagrama para el producto en si como se representa a continuación.

Alistar recipiente

Llevar a ebullición

Hervir y cocer el huevo

Almacenar el huevo

Retirar recipiente

Adicionar agua

Colocar recipiente en la estufa

Adicionar el huevo

Prender la estufa

Apagar la estufa

Pelar el huevo

Sacar el huevo

Enfriar el huevo

Lavar recipiente

11-3

299

Diagrama de flujo para proceso de cocción del huevo

Alistar huevo

Pelar huevo

Adicionar huevo

Cocer huevo

Enfriar huevo

Sacar huevo

Almacenar

FIGURA 11-4 Diagrama de flujo para la materia prima en la cocción del huevo Los anteriores diagramas de flujo ampliamente empleados son los diagramas de bloques ya que como se observa cada operación se enmarca en un bloque o rectángulo.

Caso 4.- Para la obtención industrial de tajadas secas osmodeshidratadas de guayaba se pueden tener dos procesos independientes, la adecuación de la fruta y la preparación del jarabe. Estos dos procesos confluyen en un tercero que es la osmodeshidratación propiamente dicha.

El conjunto en total constituye el proceso industrial y como tal se representa en un solo diagrama, como se observa en la figura 11 Se ha tomado la recepción de materia prima como una etapa común para la fruta y para el jarabe, aunque en la práctica el manejo de cada materia prima es diferente y se constituirán en operaciones propias de cada proceso.

10.4.2.6. DIAGRAMA SIMBÓLICO GENERAL. Muchas industrias e ingenieros han adoptado símbolos o dibujos estándar para uso en los diagramas. El uso de los símbolos estándar puede reducir

300

Selección y Clasificación

Recep ción de Materia prima

Pesada de materias para el jarabe

Lavado

Mezclado Desin fección

Ca lentamiento e Inversión

Enjuagu e

E scaldado

Adecuacuión de la guayaba

Enfriamien to

Osmodeshidratación

Separación de fruta y de jarabe

Enjuague

Secado

Pes ado

Empa cado

FIGURA 11-5 Obtención de tajadas osmodeshidratadas secas de guayaba

301

considerablemente el tiempo de diseño o interpretación, comunicación entre el diseñador y el lector de los diagramas.

facilitando

la

Los símbolos esbozan los equipos básicos y patrones de flujo. No se incluye información sobre el tamaño o capacidad de los equipos; tampoco cantidades o volúmenes de materias primas, materiales de proceso o servicios. La información sobre ubicación de equipos, número de pisos, áreas de trabajo, etc., es opcional.

Los diagramas simbólicos generales también son de amplio uso en la docencia, ya que permiten visualizar concretamente un proceso.

Algunos productores de alimentos establecen una combinación de flujos unitarios de proceso con los diagramas generales.

El flujo de sólidos, líquido y gases, separada o simultáneamente, se encuentra prácticamente en todos los diagramas.

Expresar simbólicamente esos flujos es un método efectivo de mostrar gráficamente el flujo total integrado, equipos y medio de transporte.

10.4.2.7. DIAGRAMA SIMBÓLICO ESPECÍFICO Para establecer los flujos y equipos con la connotación simbólica, para una planta específica y particular en un proceso específico, se emplea este diagrama.

Elementos muy significativos, como el número de niveles o pisos donde se ubica el equipo, pueden ser incluidos en el diagrama.

En estos diagramas se incluyen la capacidad de producción o tamaño de cada equipo en particular, el ordenamiento y arreglo de los equipos, áreas específicamente enfatizadas en la actual producción; así como áreas destinadas para mejoras o futuras ampliaciones.

Igualmente se incluyen los servicios de proceso como agua, vapor y aire.

Estos diagramas son empleados en los campos del diseño y de la construcción, así como en la operación y funcionamiento de plantas.

Los diagramas de flujo se convierten en herramientas muy importantes para el análisis de proceso, elaboración de balances de materiales y de energía, dimensionamiento y consistencia de equipos y finalmente diseño de planta.

10.4.2.8. P&ID. P&ID Es la sigla de Process and Instruments Drawing ó Diagrama de Procesos e Instrumentos, es un diagrama simbólico en el cual se incluyen los instrumentos, tanto elementos de medición como elementos de control.

Es una valiosa ayuda para establecer los llamados cuadernos de tareas o descripción detallada de los procesos. En la figura 11-6 se muestra un P&ID para

302

10.4.3 VARIABLES DE PROCESO.En muchos procesos lo que establece su continuidad son las formas como se manipulen las variables que se tienen en cada operación o etapa. a la vez, esta manipulación requiere de equipos o aparatos diferentes.

Caso 5.- En la osmodeshidratación de frutas tomemos la preparación del jarabe y desglosémoslo en las operaciones que tienen lugar, así: • • • • • •

Medición del agua Pesada del azúcar Pesada del ácido cítrico Calentamiento del agua Agregación del azúcar y ácido cítrico Ebullición.

En la medición del agua se tienen dos variables principales, volumen de agua y tiempo en el cual se realiza la medición del volumen que se requiere para procesar una determinada cantidad de jarabe.

Para la pesada de azúcar las variables de la operación son peso y tiempo; iguales variables se tienen en la pesada del ácido cítrico.

Para estas variables (las del agua, azúcar y ácido cítrico) se tiene interdependencia. Esta situación especial nace del manejo que el profesional quiera establecer. Si se define una cantidad de agua, la cantidad de azúcar y de ácido cítrico dependen de dicha cantidad de agua.

Por el contrario, si se define una cantidad de azúcar, las cantidades de agua y de ácido cítrico dependen del azúcar.

O finalmente, si se estipula una cantidad de jarabe, las cantidades de cada materia prima dependerán de la variable cantidad o peso de jarabe a preparar.

En el calentamiento del agua las variables manipuladas son calor, temperatura y tiempo, que pueden ser integradas a dos variables , flujo de calor ( diferencial de calor sobre diferencial de tiempo q = dQ /dt ) y temperatura.

Solamente el tiempo se constituye en variable durante la agregación del azúcar y del ácido cítrico al agua. Esta variable puede involucrar el tiempo de llevar el azúcar pesado desde su sitio de almacenamiento sea provisional o permanente y el tiempo de agregación propiamente dicho.

Una reducción del tiempo de disolución se logra con una agitación. Si se dispone de un agitador mecánico, el tiempo de disolución es función de la velocidad tangencial del agitador.

En la ebullición se tienen dos variables el flujo de calor y el tiempo de ebullición.

Debe tenerse muy en cuenta que la variable tiempo para el flujo de calor es

303

diferente a la variable tiempo de duración de la ebullición. En términos prácticos se tiene un flujo de calor en kilocalorías por hora y la ebullición puede durar 5 ó 10 minutos.

También el flujo de calor es función de la velocidad de agitación que tenga el fluido.

La agregación del agua, azúcar y ácido cítrico implica el transporte.

En un proceso de cochada la cantidad de agua se adiciona a una olla o marmita y se mide por nivel marcado directamente en el recipiente o empleando un recipiente aforado como baldes, vasos aforados, etc. En este caso la variable tiempo no es determinante y se llega a establecer un tiempo fijo para las operaciones a realizar En un proceso continuo el agua fluye a través de un medidor de volumen o contador de agua, para entrar al equipo que la ha de calentar. Acá, la variable tiempo que esta asociada al flujo de calor y a la capacidad del equipo, es determinante, a la vez que la cantidad de agua (variable peso o volumen ) es función del tiempo de proceso.

La misma forma de expresar el flujo nos establece la dependencia, kilogramos por minutos, litros por hora, etc.

Normalmente se emplea una báscula o una balanza para pesar las cantidades necesarias para una cochada. Y en este caso no se tiene la dependencia peso a tiempo.

En un proceso continuo se debe usar un dosificador de sólidos que alimentará al equipo en el cual se efectúa la disolución, calentamiento y ebullición en forma continua.

En la preparación del jarabe se tiene otra variable y es el pH, ya que la inversión del azúcar ocurre en medio ácido. Sin embargo el pH es función del ácido cítrico agregado y establecida una relación constante de agua, ácido cítrico y azúcar agregado, el pH deja de ser variable.

Caso 6.- Como ya se vio, en la obtención de cerveza (ver práctica integral 1 ó anexo No. 3) en una de las primeras etapas del proceso la malta se muele y se adiciona a agua con características químicas especiales. La mezcla (masa) se lleva a calentamientos periódicos para convertir proteínas y almidones en compuestos más simples, solubles en una solución llamada mosto.

La operación más importante es la conversión de almidones en azucares por acción de las enzimas amilolíticas que tiene la malta. Esta conversión puede reconocerse mediante la toma de muestras a la masa y adición de una solución de yodo; el cambio de coloración de la solución a azul intenso indica presencia de almidones. A mayor intensidad mayor contenido de almidones en la masa. Se considera que se tiene una conversión de almidones cuando la solución no cambia de coloración.

304

Las operaciones que se tienen en la llamada maceración son • • • • • • • • • • •

Preparación del agua (adecuación de sus características químicas).

Calentamiento del agua a 36 oC Adición de la malta molida.

Agitación de la mezcla. (se continua hasta terminar el proceso) Calentamiento a 52 oC Descanso a 52 oC ( conversión de proteínas)., durante diez minutos Calentamiento a 72 oC Descanso a 72 oC ( conversión de almidones), durante quince minutos Calentamiento a 76 oC Descanso a 76 oC (inactivación de enzimas) durante cinco minutos Bombeo a filtración.

Los descansos son operaciones en las cuales la masa se deja durante un tiempo predeterminado a la temperatura establecida para lograr un mayor o menor grado de conversión de las proteínas y almidones, lo que a la larga, en procesos subsiguientes se traduce en mayor o menor cantidad de alcohol y mayor o menor densidad en lo que conoce como cuerpo de la bebida.

76ºC 72ºC

52ºC

36ºC

15ºC

Figura 11-6 Diagrama de temperaturas para la maceración de malta Para este proceso en particular, las variables son pH y cantidad de sales del agua, cantidad de materias primas (relación agua:malta) concentración de sólidos , temperatura, tiempo y concentración de proteínas y almidones . Todas ellas inciden en las características de la cerveza y permiten establecer los llamados tipos de cerveza.

Generalizando, en la industria de alimentos, las variables más comunes son tiempo, temperatura, concentración, flujos másico, volumétrico y de calor y en un

305

menor grado, presión y pH. No se descartan otras variables aunque algunas pueden estar relacionadas a las ya expuestas, como densidad (incluyendo diversas mediciones como grados Brix), o muy especiales, como brillo, turbidez, color, etc.

El diseño, dimensionamiento y la optimización de procesos y equipos se fundamenta en el correcto conocimiento y manejo de las variables involucradas.

10.4.4. Balance de materiales y energía.

Los balances de materiales y energía nos permiten establecer las cantidades de materiales y servicios que se han de manejar en las diferentes operaciones y etapas que tiene el proceso industrial.

La cantidad de materiales a procesar incide inicialmente en el tipo de proceso, de cochadas o continúo y en gran medida incide en los tiempos de proceso.

Grandes volúmenes de producción requieren de procesos continuos, pues se tienen una gran limitación en el tamaño de equipos para cochadas, y esta es quizás hoy la razón más importante en el cambio de procesos y la tendencia a tener producciones continuas.

No es nada práctico pasterizar en un tanque una cochada 100.000 botellas de leche, mientras que es supremamente fácil hacerlo continuamente en un pasterizador de placas.

Por la disponibilidad de equipos a nivel de equipos básicos o de planta piloto, la mayoría de procesos para alimentos se desarrollan por cochadas y bajo esta situación se manejan los balances de materiales y de energía.

Al escalar o llevar una producción por pruebas de campo o planta piloto a una producción industrial, debe tenerse presente si ha ocurrido algún cambio en el tipo de proceso es decir si alguno o todos los de cochadas se han llevado a continuos.

Cuando ello ocurre el tratamiento a los balances debe hacerse en forma de flujos e igualmente debe hacerse los cambios correspondientes para los servicios industriales.

11.4.4.1. Balances de materiales.

Caso 6. En la tabla No 1 se presentan los resultados de promediar los balances de materiales de varias pruebas de campos en la osmodeshidratación de tajadas de guayaba, llevadas a cabo por cochadas en las instalaciones de una planta piloto.

Respecto a las operaciones y etapas mostradas anteriormente (figuras 8 y 11), este proceso se ha implementado con una operación de desinfección que involucra un desinfectante comercial.

Como estos ensayos se han de proyectar para una producción industrial se han tomado ciertas relaciones que facilitan los cálculos al volumen industrial.

306

OSMODESHIDRATACION GUAYABA BALANCES DE MATERIALES Y DE ENERGIA RECIBO DE MATERIAS PRIMAS Unidades INSPECCION Y SELECCIÓN Recibido kg Apto kg No Apto kg LAVADO Guayaba kg Relación Agua:Fruta kg Agua Consumida kg DESINFECCION Fruta kg Desinfectante kg Agua Consumida kg ENJUAGUE Fruta kg Agua de enjuague kg ESCALDADO Fruta kg Agua kg ADECUACION DE MATERIA PRIMA Fruta kg Cáscara kg Puntas kg Tajadas kg Humedad tajadas kg Solidos kg PREPARACION JARABE Relación Jarabe Fruta Jarabe sin aditivos Agua Azúcar Acido cítrico Sorbato de potasio Jarabe con aditivos OSMODESHIDRATACION Tajadas mas Jarabe Tajadas deshidratadas Jarabe producido ENJUAGUE Tajadas deshidratadas Agua de Enjuague REPOSO Tajadas Juagadas Humedad tajadas deshidratadas Sólidos

Valor

Porc.

1,800 1,650 0,150

92% 8%

1,650 1,500 2,475

150%

1,650 0,005 0,825

0,28% 50%

1,650 3,000

200%

1,650 5917,371 1,650 0,100 0,181 1,369 1,052 0,317

kg kg kg kg kg kg kg

3,000 4,107 1,232 2,875 0,008 0,002 4,117

kg kg kg

5,486 0,750 4,736

14% 86%

kg kg

0,750 1,500

200%

kg kg

0,750 0,433 57,70% 0,317 42,30%

6% 11% 83%

77%

30,0% 70,0% 0,2% 0,1%

307

SECADO Alimentación Agua Evaporada Producto seco Humedad final Sólidos RELACION MP. A PRODUCTO PRODUCTO MATERIA PRIMA

kg kg kg kg kg kg kg

0,750 0,388 0,363 48,34% 0,045 0,317 4,963 0,363 1,800

13%

TABLA 1

Balance de materiales para osmodeshidratación de guayaba Como se puede apreciar todos los valores se han consignado en kilogramos.

Se ha realizado un balance etapa por etapa y aunque no se anotan las entradas y salidas como tal, lo que son salidas en una etapa se constituyen en entradas para la etapa siguiente Un aspecto de tener presente es que en el balance anterior se han incluido todos los materiales que participan en el proceso, excluyendo los empaques y el aire empleado en el secado.

Dentro de los materiales se han incluido aguas de proceso, empleadas para limpieza y desinfección así como para enjuague de las tajadas. A nivel industrial se puede tener recuperación de aguas y es así como el agua de desinfección, puede emplearse para una limpieza e igualmente la de enjuague de las tajadas para la preparación de jarabe.

En el balance general únicamente se incluye agua de proceso y el agua evaporada en el secado de las tajadas, pero no el agua de servicio. Los resultados se aprecian en la tabla 2 BALANCE GENRAL Guayaba Agua para jarabe Azúcar Acido cítrico Sorbato de potasio Total entradas SALIDAS Tajadas Agua evaporada Jarabe diluido No apta Puntas Cáscaras Total salidas

Kgs 1,800 1,232 2,875 0,008 0,002 5,917 0,363 0,388 4,736 0,150 0,181 0,100 5,917

TABLA 2 Balance general

308

Caso 7 . En una propuesta a nivel industrial, por ejemplo para la obtención diaria de 5000 kilos de tajadas secas, en un turno de ocho horas, se hace necesario procesar 24.816 kilos de fruta cuyo manejo por cochadas es prácticamente imposible.

Ello lleva a trabajar varias etapas en forma continua aunque en la osmodeshidratación se hace necesario trabajar por cochadas y es posible en un tanque de 30 metros cúbicos llevar a cabo esta operación.

Una forma de trabajar una planta de este tamaño es disponer de tres tanques para efectuar la osmodeshidratación.

Se inicia el proceso en forma continua , incluyendo la adecuación de la fruta. Se han realizado cálculos para que al cabo de 7,5 horas (tiempo de trabajo efectivo en un turno de ocho horas) de proceso continuo se vaya alimentando el tanque hasta completar la cantidad a osmodeshidratar.

Al día siguiente y mientras este primer tanque esta en proceso, se procede a trabajar para llenar el segundo tanque.

En el tercer día y mientras se desocupa el primer tanque para las operaciones subsecuentes a la osmosis, se procede a llenar el tercer tanque.

Al finalizar el tercer día, el primer tanque ya se encuentra desocupado de tal manera que al cuarto día las primeras operaciones llevan a llenarlo, mientras tanto se va desocupando el segundo tanque, estando el tercero en plena etapa de osmodeshidratación.

En la tabla 3 se aprecia el balance de materiales para este proceso que involucra etapas continuas y de cochada, empleando para las primeras flujos en kg por horas y en las segunda, peso.

INSPECCION Y SELECCIÓN Recibido Apto No Apto LAVADO Guayaba Relación Agua:Fruta Agua Consumida DESINFECCION Fruta Timsen Agua Consumida ENJUAGUE Fruta Agua de enjuague ESCALDADO Fruta Agua ADECUACION DE MATERIA PRIMA Fruta

Unidades kg/hr kg/hr kg/hr

Valor 3308,80 3033,07 275,73

24816 22748,0 2068,0

kg/hr

3033,07

22748,0

kg/hr

4549,60

34122

kg/hr kg/hr kg/hr

3033,07 4,30 1516,53

22748,0 32,3 11374,0

kg/hr kg/hr

3033,07 6066,13

22748,0 45496,0

kg/hr kg/hr

3033,07 0,00

22748 0,0

kg/hr

3033,07

22748

309

Cáscara Puntas Tajadas Humedad tajadas Sólidos PREPARACION JARABE Relación Jarabe Fruta Jarabe sin aditivos Agua Azúcar Acido cítrico Sorbato de potasio Jarabe con aditivos OSMODESHIDRATACION Tajadas mas Jarabe Tajadas deshidratadas Jarabe producido ENJUAGUE Tajadas deshidratadas Agua de Enjuague REPOSO Tajadas Juagadas Humedad tajadas deshidratadas Sólidos SECADO Alimentación Agua Evaporada Producto seco Humedad final Sólidos RELACION MP. A PRODUCTO PRODUCTO MATERIA PRIMA

kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr

183,82 332,72 2516,53 1933,20 583,33

1378,7 2495,4 18873,9 14499,0 4375,0

kg kg kg kg kg kg kg

3 56222,0 16987,0 39635,0 8,2 2,1 56632,3

3 56621,8 16986,6 39635,3 8,2 2,1 56632,1

kg kg kg

75506,2 10325 65182

75506,1 10325 65181

kg/hr kg/hr

1376,62 2753,23

10324,6 20649

kg/hr kg/hr kg/hr

1376,62 794,31 582,31

10324,6 5957,3 4367,3

kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr

1376,62 709,95 666,66 83,33 583,33 4,963 5000 24816

10324,6 5324,6 5000,0 625,0 4375,0 4,963 5000 24816,000

kg kg

TABLA 3

Es de anotar que el jarabe puede ser reutilizado hasta por cuatro veces ajustando la concentración de azúcar invertido.

Este balance esta fundamentado en el realizado por pruebas de campo. Mediante simulación se lograron los resultados para la obtención de los 5.000 kilos de tajadas secas. (Ver hoja de cálculo 1).

10.4.4.2 Balances de energía. Un tratamiento similar a como se hizo con los balances de materiales se deben hacer con los balances de energía.

Caso particular se tiene en el manejo de las energías térmicas. Indistintamente si el proceso es continuo o es de cochadas, debe establecerse una clara diferenciación en cuanto a la cantidad de energía térmica o calor requerido y el flujo de calor necesario.

Estos dos conceptos se deben manejar en forma independiente para establecer de un lado la cantidad de servicio térmico requerido y de otro, el equipo para utilizar dicho servicio o transferir la energía térmica, como se aprecia en el caso siguiente.

310

Caso 8. Establecer el balance de calor y determinar el flujo de calor en la elaboración del jarabe tanto para las pruebas de campo de tajadas secas de guayaba.

Empleando los datos del balance de materiales y disponiendo de datos consignado en la tabla No. 3, el balance de calor se establece: BALANCE DE CALOR PREPARACION JARABE Temperatura Inicial Temperatura Final Diferencia de Temperatura Calor Especifico Agua Calor Especifico Azúcar Calor Especifico Acero Calor para preparar jarabe Perdidas de calor, supuesto Calor perdido Calor total

O

C C O C kcal / kg O C O kcal / kg C O kcal / kg C kcal Kcal O

Qj Qpj Q

10 80 70 1 0,9 0,11 270.265 5% 13.513,20 283.778

TABLA 4 Esta cantidad de calor puede ser suministrada por gas propano, natural o energía eléctrica dependiendo del sistema de calefacción.

El flujo de calor, será función del tiempo que se estipule para el calentamiento. Si se fija el tiempo en una hora el flujo de calor será de 283.778,2 kcal / 1 hora = 283.778,2 /hr, en tanto que si se desea hacerlo en media hora el flujo será de 283.778,2 / 0,5 = 567.556,4 kcal /hr. En este caso, si se emplease gas propano o natural, se requiere un quemador de doble capacidad del que se requeriría cuando el calentamiento se hace en una hora.

10.4.5. Operaciones y procesos unitarios. Un proceso industrial se conoce a fondo cuando se definen tanto las operaciones como los procesos unitarios y la correcta secuencia en que ellos se desarrollan.

Muy a menudo los procesos unitarios van acompañados de operaciones unitarias Caso 9. Tomando la osmodeshidratación de la guayaba se pueden identificar las siguientes operaciones unitarias: • • • • • • • •

Selección. clasificación. lavado, puede considerarse una extracción sólido-líquido. manejo de fluidos escaldado, en cuanto se tiene calentamiento y por consiguiente transferencia de calor. reducción de tamaño. osmosis. separación de fruta y jarabe.

311

• • • •

enjuague. secado. transporte de materiales. calentamiento en la inversión del jarabe.

y como procesos unitarios los siguientes.

• • •

inversión o hidrólisis del azúcar, en la preparación del jarabe. desinfección. escaldado, en cuanto a la inactivación de enzimas

para este caso existen dos etapas en las que se tienen operaciones y procesos unitarios, simultáneos, la inversión de azúcares y escaldado . Más aún, para realizar los procesos se requiere obligadamente de operaciones unitarias.

Caso 10. Para la etapa de maceración de la malta en la elaboración de cerveza se tienen como operaciones: • • • • • • • • •

manejo de fluidos agitación calentamiento y extracción sólidos-líquido. y como procesos adecuación del agua ( ajuste del pH , dureza y alcalinidad) proteólisis amilolisis e inactivación de enzimas.

La identificación de las operaciones y procesos unitarios permite establecer las necesidades de equipos, mano de obra y servicios en el orden requerido.

En algunas circunstancias es posible cambiar orden en que se efectúan algunas operaciones, sin embargo dado el carácter de la irreversibilidad en las reacciones químicas que normalmente ocurren en el procesamiento de alimentos, no es viable alteraciones en el orden de los procesos unitarias.

312

CAPITULO 11

ESTANDARIZACION DEL PROCESO

313

11.- ESTANDARIZACION DEL PROCESO

11.1. Parámetros requeridos Una vez se han realizado pruebas de campo y se han estudiado las consideraciones que inciden en los proceso se procede a estandarizar el proceso bajo los siguientes parámetros •

Manejo del proceso, que comprende la relación de las operaciones y procesos Unitarios, que tienen lugar, para desarrollar con ello la elaboración de los diagramas de flujo.

•

Relación de equipos.

•

Cronogramas de operaciones (etapas y procesos), equipos, mano de obra y servicios industriales para la representación gráfica de las diversas etapas, equipos empleados y proceso general , en función del tiempo transcurrido.

•

Cronograma de Variables o representación gráfica de las variables que se cambian durante el proceso, en función del tiempo transcurrido, y

•

Hojas de Proceso, en la cuales se registran las etapas y operaciones así como las variables y tiempos transcurridos.

Para desarrollar adecuadamente cada uno de los parámetros mencionados se normatizará el proceso artesanal de elaboración de tamales y posteriormente se dimensionará para una producción industrial.

11.2. Manejo del proceso.El manejo del proceso comprende el seguimiento de las operaciones y etapas estableciendo muy claramente tiempo y variables empleadas.

Sobre procesos ya definidos y cuando se desea la normatización ( estandarización) del proceso debe hacerse el seguimiento de varias producciones para establecer tanto tiempos como variables representativas.

Inicialmente se establecen promedios aritméticos, aunque para la optimización de procesos, una vez se definen valores representativos, debe entrarse a realizar un diseño experimental sobre las variables que incidan en la optimización.

En el desarrollo de nuevos productos sobre pruebas de campo, previamente delineadas se establecen los valores representativos.

Debe tenerse un conocimiento adecuado de las materias primas y los insumos empleados, para establecer las necesidades de hacer adecuaciones previas, tratamientos especiales o manejos específicos para algunas de ellas.

11.3. MATERIAS PRIMAS

314

Las materias primas se clasifican como primarias o básicas y secundarias Materias primas básicas son aquellas sustancias que tal cual o transformadas son parte fundamental del producto final. Si falta alguna materia prima básica no se puede tener el producto.

En la cerveza las materias primas son malta, lúpulo y agua.

Materias primas secundarias son aquellas sustancias que modifican las principales características del producto y no son indispensables para obtener el producto en sí.

En algunos casos lo que se considera una materia prima secundaria en verdad llega a ser una materia prima básica. Tal es el caso de un vinagre en una salsa o en un aderezo. En la mayoría de los casos es un material para modificar el sabor del producto o dar estabilidad al mismo, pero en una salsa a la vinagreta es obvio que el vinagre es materia prima.

Materiales de proceso, son aquellas sustancias que participan, permiten o facilitan los procesos; tal es el caso del bicarbonato de sodio en la cocción de verduras o la levadura en un proceso de fermentación.

Aditivos son sustancias, generalmente de orden químico que se emplean para mejorar o conservar algunas características de los productos Algunos proyectistas consideran los empaques, rótulos, tapas y elementos de aseo como materiales de proceso.

Para nuestro ejemplo consideramos únicamente los empaques y las tapas como materiales de proceso ya que ellos implican equipos, áreas de montaje y servicios, que deben ser considerados en el diseño.

En el desarrollo del caso a estudiar se selecciona el tamal elaborado en el interior del país, cuyas materias primas son: Carnes en trozos Harina de Maíz Arroz cristal Arveja verde o verde-seca Agua.

Aditivos o condimentos como: Ajos Cebolla Color Especias Los materiales de proceso: Hojas de plátano o de vijao Cabuya o piola.

315

A la vez en las carnes se pueden emplear pollos, carne de res ( costilla) y tocino , todos en trozos.

En las hojas de cálculo se presentan los balances y la simulación para 100 tamales, con peso promedio de 0,550 kg por tamal.

Debemos recordar que en las producciones artesanales las etapas son por cochada.

11.3.1. Balance de materiales. El balance de materiales para la elaboración de los tamales se muestra en la tabla 9.

El balance de energía se realizara una vez se hayan establecido los cronogramas de variables 11.4. Proceso El proceso artesanal, para la elaboración del tamal, comprende cinco etapas plenamente definidas: a.- Cocción de carnes b.- Elaboración de la masa. c.- Conformación del tamal. c.- Cocimiento del tamal. d.- Enfriamiento y Almacenamiento .

Cocinadas las carnes en agua se obtiene el consomé, luego se elabora y cocina en el consomé una masa debidamente condimentada, de maíz , arroz y alverjas enteras; la masa se extiende sobre las hojas de plátano ó vijao, se le agregan las carnes previamente cocidas, se enrolla la masa y se arma con las hojas, amarrando el conjunto con pita o cabuya. El tamal armado se lleva a una cocción final, para dar una consistencia sólida y un adecuado BALANCE DE MATERIALES SIMB.

UNID. FUENTE REF.

% TOTAL

% REL.

Numero de Tamales

N

c/u

1

Dato

100

Peso promedio tamal

Pt

kg

2

Dato

0,55

Peso tamales

PT

kg

3

Cálculo

55,0

100,0%

Pollo

P

kg

4

Cálculo

11,0

20,0%

Costilla

C

kg

5

Cálculo

4,0

7,3%

Tocino

T

kg

6

Cálculo

1,2

2,2%

Agua

Ac

kg

7

Cálculo

18,0

32,7%

8

Cálculo

34,2

62,2%

9

Cálculo

15,8

28,7%

MATERIAS PRIMAS

Subtotal Peso Carnes cocidas

Wc

kg

316

Consomé

Cm

kg

Merma

10

Cálculo

17,0

30,9%

11

Cálculo

1,4

2,5%

10

Cálculo

17,0

30,9%

ELABORACION DE LA MASA Consomé

Cm

Arvejas

Ar

kg

12

Cálculo

1,0

1,8%

Arroz

R

kg

13

Cálculo

3,0

5,5%

Harina de Maíz

Hm

kg

14

Cálculo

2,5

4,5%

Condimentos

Co

kg

15

Cálculo

0,3

0,5%

Agua

Am

kg

16

Cálculo

12,0

21,8%

17

Cálculo

35,8

65,1%

18

Cálculo

34,0

61,8%

19

Cálculo

1,8

3,3%

Subtotal Masa Producida

M

kg

Merma EMSAMBLE DEL TAMAL Masa

M

kg

20

Cálculo

34,0

61,8%

Carnes

MC

kg

20

Cálculo

15,8

28,7%

Hojas

H

kg

21

Cálculo

6,0

10,9%

kg

22

Cálculo

55,8

101%

kg

23

Cálculo

55,0

100%

Merma

kg

24

Cálculo

0,8

1%

Peso promedio tamal

kg

22

Cálculo

0,550

kg

25

Cálculo

53,0

96,4%

kg

26

Cálculo

4,0

7,3%

Subtotal Masa Ensamblada

Me

kg Peso de Materias primas

Pm

Merma Total Peso tamal (masa y carnes)

Pp

kg

27

Cálculo

49,0

89,1%

Hojas

H

kg

21

Dato

6,0

10,9%

Tamales

PT

kg

28

Dato

55,0

100,0%

TABLA 10 Balance de materiales para 100 tamales grado de cocción a las carnes. Finalmente se enfría u orea el tamal para luego almacenarlo a bajas temperaturas.

La descripción detallada del proceso, a nivel artesanal, Apéndice No, 1

se encuentra en el

Para normalizar el proceso y posteriormente proyectarlo a proceso industrial, a partir de la actividad artesanal, deben elaborarse múltiples producciones para obtener los parámetros representativos de cada operación y así llegar a estandarizar el proceso.

317

Se deben evaluar las operaciones y procesos unitarios para establecer alternativas y secuencias en los mismos que permitan inicialmente tener el mejor proceso.

Puntualizando, el proceso artesanal comprende los siguientes operaciones • Recibo de materias primas • Almacenamiento de materias primas • Adecuación de materias primas • Cocimiento del Pollo • Cocimiento de la Carne de res y tocino • Preparación de las hojas • Corte de las carnes • Elaboración de la Masa • Dosificación de la Masa • Conformación del Tamal • Envoltura y Amarre • Cocción del Tamal • Oreo del Tamal • Refrigeración y Almacenamiento Con las operaciones anteriores se elaboran los diagramas de flujo, ayudas necesarias para tener la visión global del proceso e igualmente tener las bases de los balances de materiales y energía, elementos fundamentales en el diseño y dimensionamiento de los equipos.

En el diagrama de flujo se debe dar una buena orientación para que se comprenda el proceso.

Se incluyen las operaciones y/o etapas más significativas más y no siempre ellas corresponden a las definidas en el cronograma.

11.5. Desarrollo del proceso. Para tener las mismas condiciones de operación, se toma como base del estudio y de los balances, la elaboración de 100 tamales.

Algunos productores de tamales, adquieren las carnes en los trozos requeridos mientras que otros compran pollos enteros o carne en canal y en este caso se deben adecuar las materias primas.

Para la continuación del caso asumimos que las carnes llegan en trozos y no se tiene la etapa de adecuación de materias primas. Igualmente las hojas de plátano llegan listas para su uso.

No obstante, muchos procesos requieren de la adecuación de las materias primas,

como en la producción de arepas a partir del maíz entero, en la que debe retirarse la cutícula y el germen del grano para la obtención de la harina. Esta adecuación

318

puede hacerse por vías húmeda o seca. En el primer caso, una vez, se obtiene la harina humedecida o masa, debe continuarse con el proceso.

Dada la perecibilidad de algunas materias primas se requiere de un almacenamiento refrigerado, cuya temperatura depende fundamentalmente del tiempo de almacenamiento.

A la vez el tiempo de almacenamiento, íntimamente ligado a la rotación del Inventario de materias primas, depende de los proveedores, en lo referente a la periodicidad y volumen de las entregas, así como de la ubicación de los mismos.

Productos de cosecha o importado exigen de inventarios para largos periodos en tanto que los de suministro diario y en la misma ciudad donde se ubica la planta requieren de los mínimos inventarios, a lo sumo para unos tres días de producción.

Volviendo a nuestro proceso, generalmente el cocimiento del pollo se lleva a cabo independientemente del cocimiento de la carne y del tocino, aunque se emplea el mismo recipiente, debido a la textura de las carnes.

El pollo demanda mucho menos tiempo de cocción que las carnes, ya que, con exceso de cocción, tiende a recogerse sobre el hueso.

En el caldo o consomé obtenido se prepara la masa del tamal, adicionando al líquido, y en diferentes tiempos, el maíz, arroz y arvejas.

Cocinada la masa, se procede a ensamblar el tamal. Para ello se toma la porción de masa requerida para un tamal y se deja centrada sobre las hojas.

Es importante que la masa se encuentre a una temperatura media y tenga la viscosidad requerida para que se extienda sobre las hojas en una capa de espesor adecuado.

De inmediato se colocan sobre la masa los trozos de carne y luego se proceden, mediante recogida de los lados de las hojas, a cubrir las trozos de carne con la masa. Al mismo tiempo se cierra el tamal y se procede a amarrarlo mediante una cabuya delgada o pita.

A continuación los tamales se arruman en bandejas, y se llevan todos los tamales de la cochada, de nuevo a la olla con agua suficiente para su cocimiento final.

El cocimiento final demora entre dos y tres horas, tiempo en el cual se esta revisando el nivel del agua, para compensar la que se ha evaporado en el proceso de cocción.

Como ya se comentó la descripción detallada del proceso se encuentra en el apéndice 1 11.6. Equipos empleados. Los equipos empleados en la producción artesanal son:

319

• • • • • • • •

Una (1) Olla grande en aluminio con su respectiva tapa Una (1) Ollas mediana en aluminio con su respectiva tapa Canasta perforada en acero inoxidable para introducir en la olla grande Bandejas en aluminio Canastillas plásticas Balanza gramera Mesas para formación y amarre Utensillos varios como pala de agitación, cucharones, cuchillos ,etc.

12..7. Servicio requeridos.- Se tienen los siguientes servicio industriales.

• • • • •

Agua Fría Agua caliente Gas de Cocina (Estufa de Gas) Energía Eléctrica.

Aguas servidas

No fue posible cuantificar los consumos de estos servicios , aunque en una apreciación visual, se consideran muy altos estos consumos.

12.8. Cronogramas de operaciones, etapas y procesos.

Mediante el seguimiento de varios elaboraciones , de carácter eminentemente artesanal, se llegó a un proceso tipo, ya definido en sus tiempos y parámetros de operación, para lograr estandarizar tantos los tiempos de cada etapa y de cada operación, así como los parámetros operados .

En la presentación siguiente se anotan las operaciones realizadas para cada etapa y promedios de las variables medidas.

Es de anotar que algunas etapas se realizan en el mismo equipo. Las etapas A, B, E y K , se llevan a cabo en la misma olla .

Algunas etapas como se comentó son previas al proceso propiamente dicho.

No se tienen en cuenta los tiempos de alistamiento ni de aseo e los equipos.

A.- COCIMIENTO DEL POLLO 1.- Preparar agua 2.- Cargue a la olla 3.- Calentamiento 4.- Cocción 5.- Enfriamiento del pollo 6.- Descargue Tiempo de Etapa

5 minutos 10 minutos 20 minutos 20 minutos 10 minutos 5 minutos 1 hora 10 minutos

Ti = 15ºC Ti = 15ºC Ti = 15ºC T = 94ºC T = 94ºC T = 76ºC

Tf = 15ºC Tf = 15ºC Tf = 94ºC Tf = 76ºC

320

B.- Cocimiento de las Carnes 7.- Cargue 8.- Calentamiento 9.- Cocción 10- Descargue Tiempo de Etapa

10 minutos 10 minutos 30 minutos

Ti = 15ºC Ti = 76ºC T = 94ºC Ti = 94ºC

Tf = 76ºC Tf = 94ºC Tf = 76ºC

1 hora

Tiempo de ocupación del equipo (Olla o marmita) 2 horas 10 minutos.

Los cronogramas de operaciones se representan gráficamente y de ellos se establecen los demás cronogramas, es decir los de equipos, servicios y mano de obra.

Para la representación gráfica se escoge una escala adecuada a las unidades de tiempo seleccionadas, dependiendo de la duración de todo el proceso.

Se han tomado unidades de tiempo lapsos de 5 minutos, con marcaciones o recuadros negro de sesenta minutos A continuación se presenta el cronograma de estas dos etapas que se llevan a cabo en la misma olla PROCESO ARTESANAL

CRONOGRAMA DE ETAPAS

TIEMPO minutos

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PREPARAR AGUA

COCCION DE CARNES 60

120

1

CARGUE DEL POLLO CALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE POLLO

5

CARGUE TOCINO Y COSTILLA CALENTAMIENTO COCCION DESCARGUE

CRONOGRAMA 1 C.- Preparación de las hojas

Operación previa D.- Corte de las carnes Operación siguiente E.- Elaboración de la Masa 1.- Adición de Agua al consomé 1a.- Cargue de la alverja 2.- Cocción de la arveja

2 minutos Ti = 15ºC 3 minutos T = 62ºC 15 minutos T = 62ºC

Tf = 62ºC Tf = 92ºC

321

3.- Cargue del arroz 3a.- Adición de condimentos 4.- Cocción del arroz 5.-Cargue harina de maíz disuelta 6.- Cocción de la masa 7.- Descargue

5 minutos

T = 92ºC T = 85ºC 15 minutos T = 85ºC 10 minutos Ti = 94ºC 30 minutos Ti = 72ºC 10 minutos

Tiempo de ocupación del equipo (Olla o marmita)

PROCESO ARTESANAL

Tf = 72oC Tf = 77oC

1 horas 30 minutos

CRONOGRAMA DE ETAPAS

TIEMPO , MINUTOS

1 2 3 4 5 6 7

Tf = 85ºC

COCCION DE MASA 60

120

CARGUE AGUA Y ARVEJA COCCION ARVEJA CARGUE DEL ARROZ COCCION ARROZ CARGUE HARINA MAIZ COCCION HARINA DESCARGUE DE LA MASA

CRONOGRAMA 2

La adición de condimentos se hace en forma simultánea con el cargue de arroz.

Se tiene la operación de diluir la harina de maíz, en una olla pequeña y puede hacerse en cualquier momento entre las operaciones 1 a 6, y que se consigna así: La adición de condimentos se hace en forma simultanea con el cargue de arroz.

Se tiene la operación de diluir la harina de maíz, en una olla pequeña y puede hacerse en cualquier momento entre las operaciones 1 a 6, y que se consigna así: 1.- Dilución de harina de maíz

5 minutos

Ti = 15oC

Tf =15 oC

F.- Transporte de la Masa a Dosificación 1.- Operación continua hasta terminar de vaciar la masa de la olla ; depende de la conformación o ensamble del tamal. Ti = 77 oC Tf = 40oC Para el cronograma se han tomado únicamente 10 minutos que es el tiempo que se demanda en retirar la olla y colocarla en un mesón para retirar la masa en dosificación.

G.- Dosificación de la Masa 1.- Operación continua hasta terminar la masa. Para el presente caso se tomaron dos horas y diez minutos.

H.- Ensamble del Tamal.

322

1. La masa que se ha dosificado sobre las hojas se extiende y en el centro se colocan los trozos de carnes.

I. Envoltura y Amarre 1.Envoltura.- Operación continua hasta terminar la masa. Las etapas simultáneas demandan de dos horas treinta minutos.

2.- Amarre.- Operación continua hasta terminar la masa.

J.- Transporte y arrume en la olla.

1.- Operación continua hasta terminar la masa. Un operario hábil puede ensamblar hasta tres tamales por minuto. Esta operación siendo simultánea a las dos anteriores demandan de dos horas treinta minutos.

Las anteriores operaciones se llevan a cabo en mesones simultáneamente con las cuatro anteriores etapas.

CRONOGRAMA ETAPAS

PROCESO ARTESANAL

1

TIEMPO , MINUTOS TRANSPORTE DOSIFICACION

2

DOSIFICACION MASA

3

DOSIFICACION CARNES

4

ENVOLTURA

5

AMAARRE

6

ARRUME

DE

ENSAMBLE TAMAL

DEL

60

120

A

CRONOGRAMA 3 K.- Cocción del Tamal 1.- Cargue de la Olla 2.- Calentamiento a ebullición 3.- Cocción de los tamales 4.- Enfriamiento 5.- Descargue de los Tamales PROCESO ARTESANAL

1

TIEMPO , MINUTOS CARGUE DE LA MARMITA

10 minutos 25 minutos 2 horas 15 minutos 20 minutos

CRONOGRAMA DE ETAPAS

T = 40ºC Ti = 40ºC T = 92ºC Ti = 92ºC T = 60ºC

Tf = 92ºC Tf = 60ºC

ENSAMBLE DEL TAMAL

60

##

2 PRECALENTAMIENTO 3 COCCION 4 ENFRIAMIENTO DESCARGUE

5 MARMITA

CRONOGRAMA 4

323

Tiempo de etapa 3 horas 00 minutos.

Se toma como tiempo de cargue, la correspondiente a los últimos tamales y su posterior arreglo dentro de la olla. Igualmente se considera dentro de este tiempo la adición de agua, pues la cocción se hace con agua L. Oreo o Enfriamiento del Tamal.

Una vez se retiran los tamales, se dejan en los mesones para un enfriamiento natural y posterior almacenamiento refrigerados.

Esta operación no se controla ya que en ocasiones el tamal se despacha aún caliente y en otras ocasiones se envían al día siguiente de su elaboración.

Las etapas de manejo, posteriores a la elaboración de la masa, como son transporte, dosificación , envoltura y amarre se pueden integrar en una sola, de tal forma que el proceso artesanal se puede desglosar así: • • • •

cocción de carnes elaboración de la masa ensamble del tamal y cocción del tamal.

A continuación se presenta el cronograma secuencial de las operaciones.

324

TIEMPO PREPARAR AGUA

#

CARGUE DEL POLLO CALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE CARGUE TOCINO Y COSTILLA CALENTAMIENTO COCCION DESCARGUE CARNES ADIC. AGUA Y CARG. ARVEJA COCCION ARVEJA CARGUE DEL ARROZ COCCION ARROZ CARGUE HARINA MAIZ COCCION HARINA DESCARGUE DE LA MASA TRANSPORTE A DOSIFICACION DOSIFICACION MASA DOSIFICACION CARNES ENVOLTURA AMAARRE ARRUME CARGUE DE LA OLLA PRECALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE OLLA

59 DISEﾃ前 DE PROCESOS

CRONOGRAMA

PROCESO ARTESANAL

TIEMPO, HORAS PREPARAR AGUA

1

2

3

#

CARGUE DEL POLLO CALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE CARGUE TOCINO Y COSTILLA CALENTAMIENTO COCCION DESCARGUE CARNES ADIC. AGUA Y CARG. ARVEJA COCCION ARVEJA CARGUE DEL ARROZ COCCION ARROZ CARGUE HARINA MAIZ COCCION HARINA DESCARGUE DE LA MASA TRANSPORTE A DOSIFICACION DOSIFICACION MASA

59 DISEﾃ前 DE PROCESOS

4

5

DOSIFICACION CARNES ENVOLTURA AMAARRE ARRUME CARGUE DE LA OLLA PRECALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE OLLA

59 DISEﾃ前 DE PROCESOS

CRONOGRAMA DE ETAPAS

PROCESO ARTESANAL

(Continuaciﾃｳn)

TIEMPO, HORAS

5

6

7

DOSIFICACION MASA DOSIFICACION CARNES ENVOLTURA AMAARRE ARRUME CARGUE DE LA OLLA PRECALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE OLLA

CRONOGRAMA 5

59 DISEﾃ前 DE PROCESOS

8

9

Inicialmente se han presentado los cronogramas de independientes para cada una de las etapas seleccionadas

operaciones,

Luego se ha presentado el cronograma secuencial de todas las operaciones que tienen lugar en el proceso. Por razones de espacio se ha dividido en dos secciones.

Las hojas de cálculo, en programas Excel o Linux son muy apropiadas para hacer la representación sin limitación alguna como se muestra en el archivo Cronograma.xls Para el análisis del proceso siempre se hace necesario elaborar el cronograma secuencial de las operaciones y etapas, como se aprecia en la hoja anterior y el primer segmento de la presente hoja.

Una forma simplificada de presentar el cronograma es como se muestra a continuación, teniendo presente que la escala de tiempo se ha cambiado y cada división corresponde a 10 minutos.

CRONOGRAMA SECUENCIAL PARA UNA COCHADA

DE

PROCESOS

TIEMPO

COCCION CARNES COCCION MASA ENSAMBLE TAMAL COCCION TAMAL CRONOGRAMA 6

Las operaciones se han llevado a cuatro etapas muy definidas, que corresponden a las manejadas en el cronógrama anterior.

Este cronógrama también permiten en forma macro describir el proceso, pero no sirve para efectuar el análisis detallado que permita estandarizar en la mejor forma posible.

Se debe tener presente que la escala de tiempo se ha cambiado y cada división corresponde a 10 minutos.

A nivel de impresión, en hojas de tamaño normal (oficio o carta) , se presentan inconvenientes para la presentación del cronograma, especialmente en procesos que demandan largos periodos de tiempo, ya sea porque se tienen muchas operaciones o porque algunas de ellas ocupan mucho tiempo.

En estos casos el cronograma se presenta en segmentos diferentes.

Debemos recordar que los diversos cronogramas, de proceso, equipos, mano de obra y servicios se trabajan simultáneamente y se debe tener una visión completa de como se integran los diversos elementos que concurren en el proceso.

Para facilitar la impresión de los cronogramas extensos, es posible cortar los segmentos de tiempo para aquellas operaciones que demandan gran cantidad de tiempo.

Tal es el caso de la dosificación de la masa, dosificación de carnes, que emplean dos horas, ensamble, envoltura y amarre, que demandan dos horas y diez minutos y la cocción final de los tamales que requiere de dos horas.

Para estas operaciones se han cortado los segmentos de tiempo como se puede apreciar en la hoja siguiente y en la gráfica se han reducido a 7, 9 y 7 segmentos con el espacio en blanco que indica que el tiempo se ha segmentado. Por la escala de tiempo se puede establecer la real duración de la operación.

3

4

6

7

9

TRANSPORTE A DOSIFICACION DOSIFICACION MASA DOSIFICACION CARNES ENVOLTURA AMAARRE ARRUME CARGUE DE LA OLLA PRECALENTAMIENTO COCCION ENFRIAMIENTO DESCARGUE OLLA

CRONOGRAMA 7

blanco que indica que el tiempo se ha segmentado. Por la escala de tiempo se puede establecer la real duración de la operación.

12.9.- Cronograma de Equipos .

En el se representa el tiempo de ocupación de los equipos y en algunos casos se deben incluir los tiempos de aseo, como en aquellos proceso que requieren el empleo del equipo para operaciones o procesos diferentes.

59 DISEÑO DE PROCESOS

De usarse en el proceso de los tamales una sola olla, en ella se debería cocinar las carnes, elaborar la masa y finalmente cocinar los tamales, haciéndose un aseo al finalizar la cocción de los tamales.

Entre la primera y segunda etapa no es necesario hacer aseo de la olla ya que en el consomé obtenido en la primera etapa se elabora la masa, pero para la cocción de los tamales si es conveniente que la olla no tenga residuos de masa y por lo tanto debe hacérsele aseo.

El cronograma se ha distribuido para cada una de las etapas definidas anteriormente y se ha incluido como etapa la disolución de la harina de maíz.

Se puede observar números en le cronograma para cada equipo y corresponden a cada una de las operaciones realizadas en cada una de ellos. Este hecho permite integrar el cronograma de procesos con el cronograma de equipos.

En las casillas, si el espacio lo permite, en una mayor escala, en lugar de números se pueden anotar las operaciones.

59 DISEÑO DE PROCESOS

CRONOGRAMA PARA LAS ETAPAS REALIZADAS EN LOS EQUIPOS TIEMPO

OLLA GRANDE

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 ### ### 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

COCCION CARNES

OLLA PEQUEÑA

1

OLLA GRANDE

1

2

3

4

5

6

7

COCCION MASA

MESAS ENSAMBLE

MARMITA

1

2

1

2

3

3

CRONOGRAMA 8

4

5

4

5

CRONOGRAMA SECUENCIAL PARA LOS EQUIPOS

TIEMPO

OLLA GRANDE OLLA PEQUEÑA

# #

# #

# #

# # # #

#

# # # #

#

# # # #

1

# #

# #

# # #

#

3

# # # #

#

# # # #

#

5

2

MESAS ENSAMBLE

4

CRONOGRAMA 9

59 DISEÑO DE PROCESOS

# #

# #

Para la olla grande se tienen las siguientes etapas • • •

cocción de carne. cocción de la masa. cocción de los tamales.

en la olla pequeña se lleva a cabo la etapa •

disolución de la harina de maíz y

en las mesa de ensamble •

ensamble y amarre del tamal.

Como ya se comentó no se han incluido ni los tiempos de preparación ni de aseo de los equipos.

11.10.- Cronogramas de servicios. Una vez se ha adquirido cierta habilidad para la elaboración de los cronogramas de procesos y equipos se entra a realizar los cronogramas de servicio empleados.

Ya para este ejercicio se debe involucrar el equipo que está usando el servicio.

Para la energía térmica que, en el caso de producción artesanal, proviene de gas natural, se tiene: TIEMPO HORAS

1

2

OLLA GRANDE ENERGÍA TERMICA

OLLA GRANDE COCCION MASA

OLLA GRANDE COCCION TAMAL

CRONOGRAMA 10

Para tener una visión más amplia de la interacción equipos servicios y para establecer tanto el consumo del servicio como el flujo del mismo, en el caso del gas la cantidad de gas requerido y el flujo del mismo se emplea el cronograma de equipos y servicios como se observa en el cronograma 11.

El uso de colores para marcar los tiempos facilita la lectura de los cronogramas como se observa en las hojas de cálculo.

3

CRONOGRAMA DE EQUIPO Y DE CONSUMO DE ENERGIA TERMICA TIEMPO MINUTOS

OLLA GRANDE

1

1 2

3

4

2

5

6 7

8 9

3

10

ENERGÍA TERMICA

OLLA PEQUEÑA

1

OLLA GRANDE

1

2

3

4

5

6

7

COCCION MASA

MESAS ENSAMBLE

OLLA GRANDE

1

2

1

2

3

3

4 5

4

COCCION TAMAL

CRONOGRAMA 11

Nota: No se tiene en cuenta la secuencia de los equipos.

El agua se constituye de servicio cuando se emplea para refrigeración o para calentamiento como es el caso de la cocción de los tamales. También para el caso de aseos.

En la cocción de carnes el agua se constituye en materia prima ya que con ella se produce el consomé que se ha de emplear en la elaboración del tamal.

El cronograma de utilización de este servicio queda circunscrito al tiempo de adición a la olla para la cocción de los tamales y al tiempo de aseo al final del proceso.

No se ha considerado la energía eléctrica, ya que no se emplean equipos que demanden consumo de ella.

11.11. Cronograma de variables.

En algunos procesos como los que implican reacciones enzimáticas se hace necesario realizar el cronograma de variables en el cual se relaciona el cambio de la variable con el tiempo.

Su aplicación se tiene en el manejo de los flujos de servicios y en la programación de controles en automatización de procesos.

5

Para el caso de los tamales dado que la variable temperatura se maneja en las operaciones de calentamiento en las cuales se requiere el menor tiempo para llegar a la ebullición y en la misma operación de ebullición el tiempo ya se ha definido, no se justifica realizar el cronograma de variables.

En el caso No. 11, elaboración de mosto para cerveza, y en el cual se tienen reacciones enzimáticas muy importantes se establece un cronograma de temperaturas.

11-12.- Hoja de Proceso. Definidas las operaciones y las etapas y disponiendo de los cronogramas se procede a normatizar o estandarizar el proceso, Para el efecto se diseña una hoja de proceso Para la Hoja se establecen en forma clara y debidamente individualizadas cada una de las etapas , con los parámetros operativos respectivamente involucrados que se tiene en cada una de ellas. Como se apreciará adelante, esta hoja se constituye en el principio de la definición de los equipos requeridos.

Ya dentro de cada etapa, se registran las operaciones correspondientes. y se somete a validación. Cuando en ella se dejan estipulados tanto tiempos como temperaturas que pueden ser fácilmente controlables y que se deben cumplir para todas las cochadas se tiene la HOJA PATRON. Cuando la Hoja de Proceso se emplea para registrar los procesos llevados a cabo en una planta, se pueden incluir en ella, otros datos de interés como los consumos de materias primas, turnos y operarios responsables del proceso como se muestra en la figura 12-1

UNIDAD 3

CAPITULO 12

DISEﾃ前 DE PLANTA

12. DISEÑO DE PLANTA

El Diseño de Planta consiste en definir la ubicación de todos los equipos requeridos para la actividad fabril, así como almacenes o bodegas de materias primas, producto terminado e insumos, los servicios industriales y servicios administrativos, laboratorios y talleres de mantenimiento en áreas y espacios requeridos para tal fin.

Ante todo debe primar el desarrollo de un proceso previamente diseñado para la obtención de productos de calidad a costos razonables.

En los servicios industriales se incluyen los equipos generadores de servicios, como plantas de tratamiento de agua potable, planta de aguas servidas, calderas, generadores eléctricos (turbos e hidráulicos), compresores, equipos de refrigeración, disposición de basuras, etc.

Igualmente debe tenerse presente los equipos y espacios requeridos para los insumos de los servicios, como gas natural o propano, ó ACPM, carbón, etc. Y aún disponibilidad de aire limpio para compresores.

Los servicios administrativos comprenden oficinas para personal administrativo, sanitarios tanto para personal administrativo como para operarios, duchas para operarios, casinos, vertieres y enfermería (si hay a lugar acorde al numero de trabajadores).

Los laboratorios implican áreas de control de calidad y análisis físico-químicos de insumos, productos en proceso y producto terminado.

Los talleres de mantenimiento mecánicos.

atenderán los mantenimientos eléctricos y

La Distribución en Planta inicialmente define la disposición y los arreglos los equipos, en un desarrollo muy dinámico ya que las diversas acciones que se realizan están muy relacionadas entre si.

Para llegar a un diseño funcional, se requiere de los siguientes pasos: • • • • • • • • •

P&ID y/o Layout Cuadernos de Tareas Cronogramas de Procesos, Equipos, Variables y Mano de Obra.

Balances de Materiales y Energía.

Dimensionamientos de Equipos, Servicios y Mano de Obra Calculo de Equipos e Instalaciones.

Disposición de Planta Distribución en planta Isométricos, 3D y Animación.

Una vez se ha establecido la Distribución en Planta, el Diseño de Planta concluye con los Cronogramas de:

• Montaje, • Arranque y • Puesta en Marcha.

Para estudiar en forma objetiva cada uno de los pasos referidos, se describirán en forma somera y luego se ampliara cada uno de ellos con la aplicación a un proceso de elaboración.

Dado el número y la complejidad de operaciones y procesos unitarios, diversidad de equipos y de servicios industriales, se escoge el proceso cervecero, en un proceso individual cual es la elaboración de mosto.

12.1 P&ID El P& ID. (Piping, and Instrument Drawing) , Diagrama de Tuberías e Instrumentación, como diagrama que es, no se realiza a escala y en el se representan entre otros: • • • • • • •

Instrumentos debidamente identificados Equipo Mecánico con nombres y números Válvulas debidamente identificadas Bloques de válvulas Tuberías, tamaños e identificación Accesorios principales como venteos, drenajes, uniones especiales, reducciones, ampliaciones, trampas, etc.

Líneas de flujo debidamente direccionadas

La identificación de instrumentos, equipos y válvulas se realiza con letras y números. Normalmente se emplean dos o tres letras que usualmente corresponde a las iníciales de los equipos y dos números secuenciales, por ejemplo T01, VA01, válvula automática 01, BV 02 bloque de válvulas 02,( Adjuntar foto de bloque de válvulas) Instrumentos.- Los principales instrumentos colocados en los P&ID son: • • • •

Termómetros, con nomenclatura Manómetros Medidores de flujo Indicadores de Nivel, de máxima y de mínima

En equipo mecánico se involucran • Tanques

• • • • •

Reactores Filtros, Centrifugas Bombas Intercambiadores de calor.

Molinos.

Para las válvulas se emplea una convención que define claramente el tipo de válvula. Para la identificación únicamente se hace referencia a la operabilidad, manual o automática, VM15 válvula manual 15, VA 35 válvula automática 35.

Los bloques de válvulas involucran válvulas automática ensambladas en un bloque, que se identifican con las letras BV y los números consecutivos.

Para tuberías se emplean generalmente líneas coloreadas del mismo espesor.

Para cada fluido se establece un color en particular que generalmente se asocia a los códigos industriales

Sobre las líneas y en lugares muy visibles se colocarán los diámetros de las tuberías, empelando sistema inglés (IPS) o sistema europeo (DIN). Para el primero se emplean pulgadas (“) y para el segundo milímetros, ejemplos 2”, 80 DIN. Las líneas llevaran punta de flecha para indicar la dirección del flujo,. Cuando las líneas son muy largas se colocan puntas de flecha en lugares intermedios y siempre al terminar el flujo o cuando hay cambio de dirección.

En el P&ID no se incluye

• • • • • •

Interruptores manuales o automáticos Capacidad de equipos Instrumentos y elementos primarios Datos de variables Codos, tees, accesorios estándar para tuberías Notas aclaratorias

P&ID Para marmita de cocción de carnes FIGURA 3-1 El P&ID permite corroborar los servicios requeridos que se han determinado en los respectivos cronogramas, visualizándose simultáneamente los diagramas de flujo tanto de materiales como de servicios. También permite establecer los requerimientos y clases de válvulas para diversas tareas.

El ingeniero elabora el diagrama a mano alzada, o emplea un programa de software como Autocad, Investor, etc., iniciando la identificación de tuberías, válvulas, instrumentos de medición y control, motores, y bombas.

En la figura 1, se muestra la sección de un PID para una marmita en un proceso de cocción de carnes.

En la figura 2 de muestra el PID para una área de la zona de recibo de leche, en una planta procesadora.

La línea en color verde representa la tubería de conducción de leche que va en 2”, la línea en color sepia representa la tubería para agua de empuje.

La línea en color rojo la tubería de suministro de CIP y La tubería en color lila la tubería de retorno del CIP La figura 3 nos muestra la fotografía del tablero de uno de los tanques de almacenamiento de leche.

Se puede apreciar la tubería para empuje con agua (color verde) , que se conecta a la tubería del tanque, e igualmente se aprecia la válvula manual VMM40 (manija azul) y la válvula VB08 (manija en acero inox.). .

P&ID PARA RECIBO Y ALMACENAMIENTO DE LECHE FIGURA 2

En la figura 3 se aprecia un codo largo que esta uniendo la llegada de leche con la salida hacia el siguiente tanque, tubería inferior entre los tableros de los tanques El P&ID nos muestra el recibo de leche en dos tanques de 20.000 litros cada uno.

Y en un tanque de 60.000 litros Las líneas verde que vienen de la parte superior de un tablero de distribución (que no se muestra en la figura) son las que conducen la leche a los tableros de los tanques.

Para el tanque L-4, se tiene el tablero TBL04 en donde mediante una U larga de conecta la tubería de llegada (1) de leche al tablero con la tubería de entrada (2) al tanque L-4, en esta tubería se encuentra la válvula VMM41.

Para la salida de la leche a proceso se emplea la misma tubería de entrada que llega al tablero de distribución en donde bombas de diferentes áreas envían la leche a proceso específico como obtención de queso, de kumis y yogurt, arequipe etc.

En el tablero TBL-5, del tanque L-5, se aprecia la llegada de CIP, punto 3. Cuando se requiere hacer aseo al tanque se conecta el punto 3 con el punto 4 de la entrada del CIP al tanque, mediante una U corta.

Las soluciones lavadoras entran al tanque en el punto 6 y mediante una bola rociadora (spray ball) se proyectan a alta velocidad y presión a las paredes, techo y fondo del tanque.

La solución sale del tanque y llega al punto 7 en donde mediante una U corta, se conecta al punto 5, salida del CIP

TABLERO DE TANQUE DE RECIBO Y ALMACENAMIENTO FIGURA 3 12.2 LAYOUT El layout, es la representación grafica de un proceso empleando una simbología especifica para equipos y accesorios. Aunque se emplea para toda clase de materiales es apropiado cuando se tiene manejo exclusivo de sólidos también se emplea para líquidos 12.3. CUADERNO DE TAREAS El Cuaderno de tareas es la descripción detallada escrita de las operaciones tanto manuales como automáticas de cada etapa en particular, indicando en ella la

secuencia, variables, rangos de operaciones de las variables, instrumentos de medición e instrumentos de control.

Se fundamenta en el proceso estandarizado y en el PID El cuaderno de tareas es un medio que permite: • • • • •

Corroborar la secuencia de operaciones, etapas y procesos Establecer clase y número de válvulas y demás accesorios requeridos.

Definir servicios industriales requeridos.

Establecer operaciones manuales y automáticas Establecer condiciones de entrada y salida para los programas de automatización

A continuación se presenta el cuaderno de tareas para la cocción del pollo para tamales, basados en las siguientes operaciones.

Minutos OPERACIÓN 1.- Preparar agua 5 2.- Cargue a la olla 10 3.- Calentamiento 20 4.- Cocción 20 5.- Enfriamiento del pollo 10 6.- Descargue 5 7- Bombeo consomé 5 8. Empujar con agua 2 Tiempo de Etapa 92

Ti ºC 15 15 15 94 94 76 76 15

Tf ºC 15 15 94 76

TABLA 3-1 Operaciones para cocción de pollo

Se toma un proceso semiautomático (con operaciones tanto manuales como automáticas).

Mientras se efectúa el descargue del pollo, se bombea el consomé a la marmita para preparar la masa.

Se dispone de los siguientes equipos automáticos Válvulas

V01 de mariposa de agua fría V02 de mariposa suministro de vapor en serpentín V03 de mariposa tres vías en línea de serpentín para salida de vapor o agua fría

V04 de agua fría en serpentín V05 de salida de consomé.

Bomba B01, centrifuga de impeller abierta Se tiene los siguientes instrumentos • • • •

Termocupla para medición e indicación de temperaturas Medidor de nivel Indicador de nivel de mínima.

Conductivimetro en línea de consomé

Cuaderno de tareas para cocimiento de pechugas de pollo para la elaboración de tamales.

Operaciones iníciales Verificar el Verificar: • • • • •

estado de la marmita (limpia y desinfectada) válvulas en posición normal, presión de vapor de 40 psi presión línea de agua de 2 psi.

Materia prima lista para agregación a marmita

Operaciones automáticas Abrir válvulas V01 de suministro de agua, y V02 de suministro de vapor, colocar V03 hacia retorno condensado; una vez se llegue al nivel de 100 litros, cerrar válvula V01.

Operación manual.

• Adicionar pollo a la marmita. Cargando canastilla Operación automática.

• Controlar apertura de válvula V02 a 94ºC, temporizar válvula V02.

20 minutos. Cerrar

• Abrir válvula V04, colocar V03 a retorno de agua fría ,llegar a 76ªC, cerrar válvula V04 • Abrir válvula V05 , prender bomba B01, nivel de mínima actúa, abrir V01, temporizar 2 minutos. Cerrar V01 • Actúa Conductivimetro, Apagar bomba B01, cerrar V05

Operación manual • Asear marmita

12.4 DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS Para la industria de alimentos, se dispone de equipos fabricados bajo normas y estandarizados a capacidades definidas, tal es el caso de envasadoras de botellas o enlatadoras, túneles de congelación, hornos, secadores, cutter, etc.

Otros equipos se fabrican acorde a las necesidades del usuario, como tanques, silos, transportadores, marmitas, etc.

Algunos equipos deben ser fabricados para ser colocados en sitios con aéreas y alturas muy definidos El ingeniero debe establecer la capacidad de los equipos que requiera la planta y en muchos casos establecer un dimensionamiento para su ubicación en planta 12.4.1. Cronogramas Ya en el anterior capítulo, estandarización de procesos, se han presentado los cronogramas para el proceso de elaboración de tamales.

Los cronogramas son necesarios para poder determinar el tamaño de equipos y de servicios principalmente en procesos de cochada.

Un resultado de integrar los cronogramas es la Hoja patrón, figura 12 del anterior capitulo, esta hoja se emplea como control operacional para el desarrollo de los procesos.

Los cronogramas más usuales son de: • • • • •

Operaciones Equipos individuales De Operaciones de Procesos en equipos consecutivos Servicios Mano de Obra.

Los cronogramas de operaciones se emplean para representar las operaciones que se llevan a cabo durante el desarrollo de operaciones unitarias y procesos unitarios realizados en un equipo en particular empleando una escala descendente para cada operación en particular.

Para la escala de tiempo se emplea una escala apropiada acorde al tiempo empleado en la etapa o proceso desarrollado en el equipo.

Para un proceso de cocción de carnes que demanda aproximadamente una hora se pude emplear una escala de 5 minutos, en tanto que para la fermentación de mostos que demandan una semana se puede emplear una escala de día o de segmentos de 12 horas.

Los cronogramas de equipos se hacen sobre una fila, como se observa en la parte inferior de la figura

Cronogramas de operaciones y de equipo FIGURA 3-2 Los cronogramas de Operaciones de Procesos en equipos consecutivos, sirven de base para: • la visualización del tiempo demandado en cada uno de los equipos del proceso y establecer el equipo dominante.

• verificar el número de cochadas a elaborar en periodos de tiempo • elaboración de los cronogramas de servicios y de mano de obra.

• estudiar alternativas de proceso • estudiar ampliaciones de planta.

12.4.2. TAMAÑO DE LOS EQUIPOS El tamaño de los equipos esta referido inicialmente a su capacidad de producción, como unidades ( volumen o pesos a procesar) ò flujos (magnitudes por unidad de tiempo) para tener un equipo correctamente utilizado.

El no realizar cálculos del tamaño lleva a tener equipos subutilizados por sobredimensionamiento o cuellos de botella por subdimensionamiento.

En la industria cárnica, se encuentran equipos como molinos o cutter que trabajan tan solo un 10 ò 20% del tiempo que trabajan los demás equipos.

Equipos de flujo continuo como transportadores, dosificadores y aun empacadoras son los cuellos de botella que más se presentan en la industria de alimentos.

El papel del ingeniero de alimentos es determinar el tamaño del sistema operacional, en lo que se constituye el diseño operacional de equipos.

Colateralmente se deben establecer dimensiones espaciales (largo, ancho, alto, diámetros, etc.) Para la distribución de los equipos.

Partiendo de los cronogramas de proceso, se establecen las operaciones de cochada y las continuas.

Para permitir un correcto empalme entre las operaciones continua y las de cochadas o viceversa se acostumbra a usar los tanques pulmón ( o buffer) para líquidos y las mesas de acumulación para sólidos.

Para los equipos que trabajan continuamente la capacidad esta definida de acorde a los flujos de producción estimada esta en estudios de mercado, propios de la formulación del proyecto de la planta.

Generalmente la formulación de proyecto establece cifras de producción para periodos anuales y el mismo estudio define el tamaño óptimo de planta. Sin embargo con el uso de las herramientas de cálculos se puede tener un diseño de planta simultáneo para diferentes tamaños de producción, empleando la simulación operacional.

12.4.3 Calculo para equipos de proceso continuo.

El cálculo para los equipos de proceso continuo, se hace de acuerdo a los flujos másicos o volumétricos que maneja el equipo.

Debe recordarse que flujo es el transporte o transferencia de masa o volumen por unidad de tiempo.

Ejemplo 1. Al establecer el tamaño para una industria pasterizadora, se tiene cifras de 10.000.000 de kilos de leche al año. Es de anotar que la unidad internacional para el manejo de la leche es el kilo. Determinar la producción horaria por litros.

Los equipos de envasado están dimensionados en botellas ó litros o garrafas por hora.

Para determinar el tamaño de la ó las envasadoras se requiere llevar los 10.000.000 de kilos botellas, litros ó garrafas por hora, .Siendo lo usual os litros, se empleará esta unidad.

Tomando una densidad promedio de la leche de 1,030 kg/l, la cantidad de leche a envasar es: 10.000.000 /1.030 = 9.708.738 litros.

En el caso de la industria pasterizadora, se laboran todos los días del año. De tal forma que la producción diaria será: 9.708.738 / 365 = 26.599 litros.

Tomando turno de 8 horas al día, y teniendo media hora de preparación y alistamiento de equipos y media hora de aseo y desinfección, La producción horaria será de 26.599 / 7 = 3.800 l / hr. A continuación se presenta la respectiva hoja de cálculo.

Producción anual de leche

kilos

10.000.000

Densidad de la leche

kl / l

1,030

Litros a envasar

litros

Días laborales

cada uno

Leche diaria a envasar

litros

Horas día laborar

cada una

Producción horaria

litros/hr

9.708.738 365 26.599 7,0 3.800

TABLA 3-3 Cálculo de producción horaria Probablemente no se encuentran en el mercado envasadoras de esta capacidad, pero se selecciona la que se aproxime por encima a esta capacidad.

Una capacidad mayor cubre la producción que se deja por las paradas en el envasado por diferentes causas, como baja presión en el vapor, fallas eléctricas y aún fallas mecánicas.

Diferente forma de cálculo se presenta en aquellas industrias que trabajan únicamente los días laborales y el sábado medio día, el otro medio día esta destinado generalmente a aseos completos de equipos e instalaciones.

Ejemplo 2. Establecer la capacidad de las envasadoras para una planta cervecera que producirá 1.800.000 hectolitros al año.

En el ámbito cervecero estas son las unidades empleadas, en tanto que las botellas o latas son de 1/3 de litro..

Luego las botellas a envasar son

1.800.000 x 100 x 3 = 540.000.000 de botellas Para determinar el tiempo que trabajan en el envase, se debe tener en cuentas los dominicales , sábados, y días festivos.

Para Colombia se estima un promedio de 18 días, los festivos a tener en cuenta.

Los días laborados serán 365 – 52 – 52/2 – 18 = 269 El envase diario ha de ser 540.000.000 / 269 = 2.074.349 botellas.

El salón de envase de una planta cervecera trabaja los tres turnos al día es decir 24 horas.

De las 24 horas dos se dedican al aseo de las lavadoras de botellas y pasterizadora de tal forma que el tiempo que trabajan las envasadoras es de 22 horas.

La capacidad horaria es de 2.074.349 / 22 = 91.247 botellas.

Los equipos mas grandes que existen en el mercado son de 10.000 decenas por hora1, equivalente a 100.000 botellas horas. Tomando esta capacidad se requieren 91.247 /10.000 = 0.91 ==== 1 envasadora.

Ante la eventualidad de un daño, la planta se puede parar y no es conveniente tener una envasadora. Razones practicas llevan a disponer de dos o tres envasadoras de menor capacidad, que bien puede ser del orden de 5.000 botellas /hr.

Este número, permite tener una envasadora en mantenimiento que normalmente dura 20 días calendario.

A continuación se presenta la respectiva hoja de cálculo.

Producción anual de cerveza Botellas Días festivos Dominicales y sábados Días laborados Envase diario Horas diarias laborada Botellas diarias a envasar Decenas por hora

1

Krones

Hectolitros cada una cada uno cada uno cada uno botellas cada una cada una cada una

18.000.000 5.400.000.000 18 78 269 20.074.349 22 912470 91.247

TABLA 3-4. Cálculo de producción para envasadora 12.4.4. Calculo de equipos para procesos por cochada.

El cálculo del tamaño de los equipos que procesan cochadas es algo más complejo pues involucra el conocimiento de las materias primas, productos en procesos, mermas y el empleo de los cronogramas de equipos.

Inicialmente se debe determinar el volumen de la cochada referenciado a un equipo en particular, una marmita, un tanque un biorreactor, un secador, etc.

Cuando se dispone de varios equipos secuenciales que elaboran cochadas se debe establecer cual equipo es el referenciado para la cochada y cual es el equipo dominante.

Al disponer de los cronogramas secuenciales de los diversos equipos, visualmente se establece el equipo dominante, aquel que demanda el mayor tiempo para realizar su proceso.

Tomando el ejemplo de la elaboración artesanal de los tamales, el equipo dominante es la marmita que demanda 3 horas.

El número de cochadas a realizar se establece tomando el tiempo que ha de laborar la planta, o los turnos a programar.

Al tomar un turno de 8 horas, el número de cochadas es de 8 / 3 = 2,66 = 2 cochadas, mientras que en dos turnos ò 16 horas se trabajan 16 / 3 = 5,33 = 5 cochadas y para los tres turnos, 24 horas se pueden laborar 8 cochadas.

Una vez se han determinado las cochadas a elaborar se establece la capacidad del equipo.

Ejemplo 3. Establecer la capacidad de la marmita para producir 45.000 tamales mensuales. Si la planta ha de trabajar 3 turnos diarios.

Tomando una jornada laboral el sábado de 12 horas para proceso y 12 horas para aseo, a la semana se trabajan en producción, 5 x 24 + 12 = 132 horas lo que permite la elaboración de 132 / 3 = 44 cochadas semanales.

A la vez el promedio de semanas laboradas al mes es de 4,2, de tal forma que la marmita producirá 44 x 4,2 = 184 cochada.

El número de tamales por cochadas es de 45000 /184 = 245, que se pueden llevar a 250.

Ya en la ingeniería del detalle y con las dimensiones de cada tamal se entra a dimensionar la marmita.

Estos tamales se disponen en canastillas que se superponen una a otras.

12.5 CÁLCULO DE ALMACENAMIENTO. Si bien los productos alimenticios se caracterizan por una alta rotación y perecibilidad, que llevaría a tener bajos inventarios y por ende bajos niveles de almacenamiento en determinadas circunstancias se requiere de altos volúmenes especialmente de • materias primas como el caso de cereales cuya producción es estacionaria (cosechas),

• de productos de temporalidad con altas demandas en determinados meses del año, bebidas para navidad y fin de año.

• Productos importados cuyos costos de transporte unitario es inversamente proporcional a los volúmenes adquiridos.

La industria harinera, se ve abocada a adquirir altos volúmenes de sus insumos, en épocas de cosecha, que generalmente son de mes o mes y medio de duración para atender la producción del resto de semestre y en algunas ocasiones del resto del año acorde a la periodicidad y rotación de los cultivos.

Si bien las bolsas agropecuarias garantizan suministros de productos agrícolas en cualquier época del año, en las negociaciones denominadas a futuro, de un lado los volúmenes a manejar son muy altos y de otro los precios también ya que estos absorben los costos de almacenamiento, seguros, fumigaciones, empaques y obviamente utilidades propias del negocio.

Ejemplo 4.

Determinar los volúmenes de almacenamiento para una industria molinera que debe producir 10.000 toneladas mensuales de harinas de panificación, cuando la cosecha principal trigo dura 50 días (calendario) y la mitaca 35 días (calendario).

El término mitaca se refiera a una segunda cosecha en el año y que produce una menor cantidad (aproximadamente entre un 30 y 50% de lo que se produce en la cosecha principal. Generalmente la mitaca se recolecta a los cuatro meses de terminada la cosecha principal.

Dado que se debe tener la disponibilidad de materia prima para todo el año, las necesidades anuales son del orden de 10.000 x 12 = 120.000 toneladas.

Durante 50 días el molino compra lo que requiere de producción más lo que necesita para el resto de año menos lo que puede comprar en la mitaca.

Tomando los 50 días calendario como dos meses laborados en planta, las necesidades para el resto del año son 10.000x 10 = 100.000 toneladas La temporalidad en ventas de algunos productos, exigen de una parte buena existencia de insumos y de productos en dos o tres meses previos a la temporada de ventas, como el caso de bebidas alcohólicas, gaseosas, salsamentaría, galletería, etc Ejemplo 5.

Determinar las necesidades de almacenamiento para botellas vacías y de producto terminado de una industria de gaseosas que produce 12.000.000 de botellas mensuales y tiene en diciembre un incremento del 30% en las ventas.

Históricamente se ha establecido que la rotación de envase es de 15 días El estudio financiero que se haga alrededor de la operación de la planta dará pautas, para establecer lo inventarios (tanto de producto, como de su rotación) frente al tamaño de equipos y trabajos en horas extras o turnos suplementarios, sin embargo la ingeniería establecerá los requerimientos de áreas y construcciones para las necesidades de almacenamiento y así disponer de bases

para los costos que permitan establecer alternativas respecto a las características y condiciones de almacenamiento.

12.6. DIMENSIONAMIENTO DE SERVICIOS Los servicios industriales usualmente empleados en la industria son: • Agua • Energía Eléctrica • Energía Térmica (vapor, combustibles) • Refrigeración (frio) • Aire • Vacio • Gases Industriales (CO2, N2, Acetileno, Argón) • Efluentes (Aguas Residuales) • Aseo.

Dado que en la industria de alimentos, el agua para servicio se toma del agua potable, para el agua como materia prima también se elabora también cronograma, ya que a partir de este se determinan los tamaños de tuberías y en muchos casos capacidades de tanques que almacenan agua para su uso en áreas especificas En el estudio de los servicios industriales, se debe tener presente la demanda del servicio como tal y los flujos que se requieren en determinadas horas.

Tomando el caso de los tamales, y como ejemplo en la marmita 1 entre las 10:30 y 10:50 se requieren 12.000 Kcal, y entre las 12:30 y 12:50 se consumen 14.000 Kcal; entre las 10:00 y 13:00 el horno de tamales (procesando una cochada anterior) consume 38.500 Kcal. Igualmente entre las 10:40 y 10:55 se consumen 8.000 Kcal. en una segunda marmita.

El consumo total de calor es de 12.000 + 14.000 + 38.500 + 8.000 = 72.500 kcal. en el periodo entre las 10:00 y las 13:00. Este consumo de calor sirve para establecer los requerimientos del suministro térmico, bien sea kilos de vapor, o de combustible o el consumo de energía eléctrica.

Tomando como elemento calefactor el vapor, y con una entalpia de condensación de 540 Kcal/kg, en las tres horas se consumen 125 kgs. (ver tabla 13-2) Para determinar el tamaño del equipo que suministra el servicio como una caldera, un quemador de gas, resistencias eléctricas, etc., es necesario determinar los flujos de calor Tomando vapor como elemento de calefacción y con una entalpia de condensación de 540 Kcal/kg , para una marmita entre las 10:40 y 10:55 se consumen 8.000 / 15 = 533,33 Kcal/min equivalente a 533,33 / 540 = Para una marmita se consumen entre las 10:30 y 10:50 , 12.000/ 20 = 600 cal/min Para esta marmita entre las 12:30 y 12:50 consume 14.000/ 20 = 700 Kcal/min y en el horno entre las 10:00 y 13:00 se consumen 38.500 /180 = 186,11.

Observando los flujos entre las 10:00 y 10:30 hay consumo de vapor únicamente en el horno, a un flujo de 0,34 Kgs. /min,

Entre las 10:30 y 10:40 hay un consumo en una marmita y en el horno a un flujo de 1,11 + 0,34 = 1,45 Kgs./min.

Entre las 10.40 y 10:50 hay consumo en las dos marmitas y el horno con un flujo de 1,11 + 0,34 + 0,99 = 2,34 Kgs./min.

EQUIPO

Calor requerido

Flujo

Vapor necesario

Kcal

minutos

Kcal/min

Kg

Kg/min

1 Marmita 1 2 Marmita 1

14000

20

700

25,93

1,3

12000

20

600

22,22

1,11

3 Marmita 2 4 Horno

8000 33500

15 180

533,33 186,11

14,81 62,04

67500

------

------

125

0,99 0,34 ------

TOTAL

TABLA 13-2 Consumos y Flujos de Calor y Vapor 12.6.1. Cronograma de Servicios.

Fundamentados en los consumos de calor y los flujos del mismo se hacen los cronogramas del servicio respectivo En la figura 13-3 se aprecian los consumos de calor y en la figura 13-4 los flujos de vapor, siendo de anotar que se tienen un flujo mĂ­nimo de 0,34 kg / minuto y un flujo mĂĄximo de 2,34 kg/minuto.

FIGURA 13-3

FIGURA 13-4

Similarmente se hacen los cronogramas de los otros servicios

12.6.2. Dimensionamiento del servicio.

Una vez se tienen calculados los flujos, se entra a dimensionar los equipos generadores del servicio y los equipos conductores del mismo.

Para el caso del vapor y de emplearse una caldera para únicamente producir el vapor requerido en los tres equipos, ella debe tener una capacidad de producción mayor a 2,34 kg/min de vapor, pudiendo ser del orden de 2,50 kg/min, igualmente la tubería de vapor que sale de la caldera y llega al distribuidor de donde se reparte a las marmitas y el horno debe ser calculada con base al flujo de 2,50 kg/min.

También se deben dimensionar los equipos auxiliares de la caldera como: • Tanque de alimentación • Suavizadores • Desaireador • Tanque de condensados • Tanques de químicos para tratamiento de la caldera • Tanque ò área para almacenamiento del combustible.

• Bombas para agua de alimentación, condensados y químico Para el almacenamiento del combustible debe tenerse presente si este es gaseoso (gas natural, propano), líquido (fuel oíl, acpm) o sólidos (carbón, madera), para establecer tanques o silos a aun el patio para almacenamiento del carbón y en caso de emplear este tener los equipos y espacios para evacuar las cenizas.

12.7. DISTRIBUCIÒN EN PLANTA La distribución de planta se refiere a la ubicación de equipos, servicios, líneas de transporte de servicios, y demás instalaciones industriales, en aéreas previamente delimitadas.

El objetivo de hacer la distribución en planta integrar los áreas, edificios, equipos, materiales y operarios de tal modos que se logren procesos racionales, en las mejores condiciones de trabajo tanto para equipos como para operarios, cumpliendo adecuada y oportunamente con las metas de producción.

La tendencia de ubicación de plantas es en zonas de alto consumo, generalmente ciudades medianas o grandes capitales, o en zonas de suministro de materias primas en sectores rurales.

Los lotes en sectores rurales, muchas veces, carecen de los servicios industriales y sus acometidas son bastante costosas La disposición hace referencia a la ubicación espacial, teniéndose tres clases: • Horizontal • Vertical y • Mixta.

La disposición horizontal es la más empleada en la industria de alimentos. En ella todos los equipos y bodegas o almacenes se encuentran en un solo nivel, aunque no necesariamente integrados en un solo edifico.

Las áreas administrativas, pueden estar en el mismo nivel o pueden tener un edificio independiente de varios niveles también integrado o no a las construcciones que albergan los equipos.

La disposición vertical define dos o más niveles para las áreas productivas, llegándose en alguna industria como la molinera ò cervecera a disponer de siete u ocho niveles.

No se usa la nomenclatura pisos, empleada en edificios habitacionales o de oficinas, en los cuales las aturas varían entre 2,30 y 2,70 metros.

En las plantas industriales estas alturas dependen de las alturas de los equipos, requerimientos de ventilación o evacuación de vapores, acometidas de los servicios industriales, bandejas para soportación de tuberías, etc.

La disponibilidad de terrenos en las zonas delimitadas para uso industrial ha llevado a la disposición mixta, en la que los equipos productivos están en una disposición vertical y servicios y almacenamiento se ubican en un primer nivel con disposición horizontal.

En el primer caso los lotes disponibles, en sectores industriales, para las plantas industriales son escasos o de gran costo, la reglamentación sobre manejo ambiental se hace cada vez más estricta y el acceso vehicular cada vez más difícil.

En planta de mediano y gran tamaño se requiere de aéreas al interior de la planta para parqueo y descarga de vehículos con materias primas como para producto terminado. Y se hace necesario de patios de maniobra para el ingreso y salida de vehículos en los puntos de cargue y descargue.

La disposición vertical exige de equipos de relativo poco peso, mediana o pequeña vibración, para el manejo de materiales de fácil flujo, como líquidos o materiales pulverulentos (granos y harinas).

Los diseños modernos de edificios industriales permiten en pisos altos la ubicación de tanques de proceso de hasta 200 toneladas, caso de cervecerías y

molino de mediana vibración, caso de molinos de trigo, arroz y maíz, entendiendo como molino practicamnete toda la instalación industrial para procesar el cereal.

La disposición horizontal tiene como ventajas, facilidades en: • ampliación que se puede realizar por los cuatro costados.

• establecer cualquiera de los arreglos (lineal, en L, en U o en Zigzag) • el mantenimiento de equipos, • evacuación de personal.

La disposición vertical tiene como ventajas.

• Aprovechamiento de los flujos por gravedad • Menor costo del terreno No obstante esta disponibilidad, presenta • dificultades de ampliación, • problemas en la organización de flujos ascensionales (por ascensores , escaleras) • dificultades en evacuación Ubicaciòn de equipos ESPACIO REQUERIDO Aportar al diseñador de plantas información sobre algunos métodos empleados para el cálculo de las áreas necesarias para el acopio de materia prima y/o producto terminado, así como el espacio necesario por cada una de las maquinas y pasillos para circulación y movimiento de materiales y servicios.

3CONOCER LAS NECESIDADES DE ESPACIO: Aún cuando las necesidades de producción pueden aumentar gradualmente, el equipo y sus requerimientos de espacio suelen aumentar a saltos. Antes de que sea posible planear una nueva distribución: • •

Debemos conocer los diferentes niveles de expansión o volúmenes de producción proyectados para la planta.

Debemos determinar las capacidades de las diferentes máquinas (basados en la carga específica de cada una).

Así conoceremos que actividades y procesos de la planta ofrecen mayores probabilidades de expansión y en que grado, lo que nos proporcionará un cuadro de las necesidades de cada tipo de equipo. Esto hace posible calcular la proporción de superficie que se requerirá, tanto en lo referente al área neta de fabricación, como para la superficie total de la planta. Así sabremos perfectamente cuales son aquellos equipos que: • •

Demandan mayor espacio ó Implican el gasto de traslado más elevado (Incluye máquinas grandes, equipo pesado, construcciones permanentes ó instalaciones complejas).

Así podremos ubicar el equipo pesado a los lados, para no interferir con la expansión en otras direcciones. En la ubicación actual, probablemente, hay un número limitado de direcciones en las cuales sea posible expandirse.

Esto se hace con el fin de evitar, que en el futuro a estos equipos se les lleguen a apiñar otros procesos. Con lo anterior, estaremos en la posibilidad de aportar información para elaborar el plan financiero. Después de analizar estos requisitos de producción, tendremos que decidir: • • •

Dónde crecerá la planta.

En qué dirección y Que tan pronto ocurrirá esto.

La respuesta a éstas preguntas, afectará en un plano general: • • • •

La ubicación de los nuevos edificios, Su tipo de construcción, El aspecto básico de distribución, Los demás elementos de la producción, o sea TODO EL PLAN DE DISTRIBUCION.

COMO DETERMINAR LAS NECESIDADES DE ESPACIO: REQUISITOS DE INVENTARIOS: Se necesita del conocimiento de los volúmenes de almacenaje y en consecuencia de las áreas requeridas para materias primas, materiales en proceso, producto terminado, equipo de empaque y equipo para manejo de materiales.

AREA PARA ACCESO Y SALIDA DE MATERIALES, PIEZAS Y ENSAMBLES:

Todos los materiales que se necesiten en la operación, deben encontrarse al alcance del operario. ¿Cómo llegan estos materiales al área de trabajo? Si llegan por medio de un transportador, ¿Se ve obligado el operario a dejar de hacer lo que está haciendo con el fin de retirarlo del transportador? Los transportadores deben emitir una acumulación adecuada de los materiales necesarios frente a cada área de trabajo. Si llegan en canastillas, patines o cajas, ¿Tienen que sacarlos de ahí para ponerlos en posición de trabajo? Si se usa este sistema, siempre debe planearse suficiente espacio alrededor de la máquina para permitir localizar las canastillas o patines. ÁREA PARA PRODUCTOS TERMINADOS: Las consideraciones anteriores, son también aplicables al manejo del producto terminado. Además, el artículo acabado puede ser más voluminoso, ser altamente deteriorable ó incluir partes que requieran manejo especial. En ésta área de trabajo, debe dejarse el espacio necesario para la ubicación de máquinas de empaque, acojinamiento y sellado, además del área para el producto terminado propiamente dicho, antes de que pasa al almacén de producto terminado.

Un centro de trabajo es el espacio total donde se realiza una operación determinada, se lleva a cabo un ensamble o se fabrica una pieza. Un centro de trabajo eficiente debe estar concebido de modo tal, que permita el cumplimiento de la tarea de la forma más fácil y rápida, por lo que puede esperarse una máxima producción.

ELEMENTOS:

Área necesaria para la máquina. Área para el desenvolvimiento del operario. Área para el servicio a las máquinas.

Lugar para herramientas.

Requisitos de inventarios. Área para acceso y salida de materiales, piezas y ensambles. Área para productos terminados. Área necesaria para la maquina: 1. Mida la base de la máquina. Observe la ubicación de las patas y soportes.

Estas distancias deben ser verificadas en caso de que sea necesario anclar la máquina al piso.

2. Anótense todas las extensiones y partes sobresalientes de la maquina. Con objeto de lograr una medición más exacta, conviene utilizar una plomada.

3. Inclúyanse las posiciones extremas de las partes móviles. (P.E. La bancada de una fresadora).

4. Verificar la altura extrema de la máquina, sobre todo en máquinas grandes. Esto es para comprobar que exista el claro suficiente entre el piso y las vigas del techo ó cualquier instalación elevada. Como determinar las necesidades de espacio.

Las condiciones que se tienen para el cálculo del área de la planta son las siguientes: • •

Tiempo de trabajo: Jornada de trabajo:

30 días por mes 8.0 horas diarias

Las superficies tenidas en cuenta para el cálculo total del área requerida por las máquinas de la planta son las siguientes: • Superficie estática ( Ss ) : Área geométrica correspondiente al perfil de la máquina o espacio básico de la máquina en metros cuadrados.

•

Superficie de gravitación ( Sg ) :

Área desde la que el operario maneja la máquina y desde la que se realiza el mantenimiento, en metros cuadrados.

Sg = Ss x N, donde: Ss = superficie estática N = número de lados desde donde la máquina es accesible .

• Superficie de evolución: Espacio adicional que se requiere para circulación y movimiento de materiales y servicios Se = (Ss + Sg ) . K, donde: K = constante de proporcionalidad corresponde a 0.1 para la industria de alimentos.

Refiriéndonos nuevamente al diseño de una planta procesadora de pitaya, se da a continuación un ejemplo sencillo del cálculo de áreas para las diferentes operaciones y máquinas requeridas para el aprovechamiento industrial de la Pitaya.

•

Sección recepción y pesaje de fruta:

Se calcula el área de la báscula y el de la recepción con las siguientes condiciones: Área estática: Superficie de Gravitación: Superficie de Evolución:

4,56 m2 4,56 x 2

=

9,12 m2

(4,56 + 9,12) x 0.1

=

1.36 m2

Área total requerida •

4.56 m2

=

=

15.04 m2

Sección cuarto frío:

Suponemos 4680 Kg. de fruta para almacenar durante 10 días a 10º C empacada en canastillas plásticas tipo "Carulla" (de capacidad de 20 Kg aproximadamente) Dimensiones de las canastillas: (largo, ancho y alto) Área de la base: Número de canastillas:

0.50 x 0.30 x 0.28 0.15 m2 234

Si se aplican en grupos de 10 canastillas, el área total ocupada por las canastillas se calcula así: 234 / 10 x 0.15 = 3.5 m2 Área total requerida: 3,5 + 1 = 4.5 m2 El volumen total del cuarto frío puede ser de 15 metros cúbicos, considerando una capacidad que permita el almacenamiento de un mayor volumen de fruta.

•

Sección de lavado de la fruta:

En esta sección se tienen en cuenta tanto la lavadora de fruta como la banda transportadora de la misma.

3.0 m2

Superficie estática Superficie de gravitación 3 x 2 = Superficie de evolución (3 + 6.0) x 0.1

= =

0.9 m2

Área total requerida

=

9.9 m2

6.0 m

2

•

Sección, adecuación y porcionado de la fruta:

Los cálculos se realizan con base a la mesa de trabajo en la que se ejecuta la operación.

Superficie estática Superficie de gravitación 2.36 x 2 Superficie de evolución (2.36 + 4.72) x 0.1

2.36 m2 4.72 m2 0.708 m2

= = =

7.8 m2

Área total requerida = •

Sección, envasado de la fruta:

Se calcula con base en la mesa de trabajo donde se realiza la operación en forma manual, la mesa tiene las mismas dimensiones de la operación anterior; por lo tanto, el área ocupada será la misma. Área total requerida •

=

7.8 m2

Sección, preparación jarabe:

El jarabe se prepara en una marmita con capacidad de 40 Gl. 2.8 m2 2.8 m2 0.6 m2

Superficie estática = Superficie de gravitación 2.8 x 1 = Superficie de evolución (2.8 + 2.8) x 0.1 = Área total requerida m2 •

=

6.2

Sección, envasado de jarabe caliente:

El área se calcula con base en la envasadora dosificadora neumática en la que se realizaría dicha operación.

Superficie estática Superficie de gravitación 2 x 2 Superficie de evolución (4 +2) x 0.1 Área total requerida = •

= = =

2.0 m2 4.0 m2 0.6 m2 6.6 m2

Sección exhausting :

Se calcula con base en el túnel de exhausting donde se realiza esta operación.

Superficie estática Superficie de gravitación 4 x 1 Superficie de evolución (4 +4) x 0.1

= = =

Área total requerida

=

•

4.0 m2 4.0 m

2

0.8 m2 8.8 m2

9.0 m2

Sección sellado de frascos:

La base de estos cálculos es la máquina selladora de frascos en donde se realizaría esta operación.

Superficie estática Superficie de gravitación 1,44 x 2 Superficie de evolución (1,44 +2.88) x 0.1 Área total requerida •

1.44 m2 2.88 m2 0,432 m2

= = = =

4.7

m2

Sección esterilización y enfriamiento:

El área se calcula con base en las dimensiones del autoclave, donde se realizarían ambas operaciones.

(Diámetro del autoclave = (Altura total abierta = Superficie estática = Superficie de gravitación 1,5 x3 = Superficie de evolución (1,5+4,5) x 0.1 = Área total requerida

0.90 - 1.00 m) 2.29 - 2.40 m) 1.5 m2 4.5 m2 0.6m2

= 6.6 m2

• Sección empaque final: El empaque final se realiza en una mesa de trabajo cuyas dimensiones son las mismas que para la sección de corte, pelado y envasado. Área total requerida

= 7.8 m2

• Sección depósito de empaques vacíos: Las cajas para frascos donde se envasan las perlas serán de las siguientes dimensiones: 0.47 x 0.31 x 0.18 m aproximadamente. El área de la base de las cajas es de 0.15 m2. En cada caja caben 48 frascos y se espera guardar un stock de 15 días de producción. Suponemos que la cantidad en total de frascos en 15 días es de 11.602 frascos, lo que representa 242 cajas quincenales. Si se apilan en grupos de 10 cajas, se requiere un área de 3.6 m2 para guardar las cajas con

sus respectivos frascos, dejando aproximadamente 1 m2 para la manipulación, el área total requerida será de: 4.6 m2 • Cajas para los frascos donde se envasa la compota: Las cajas tienen las siguientes dimensiones: 0.38 x 0.25 x 0.08 m. El área de la base de las cajas es de 0.1 m2, en cada caja caben 24 frascos y se espera guardar un stock de 15 días de producto. La cantidad estimada es de 6.120 frascos en total, lo cual corresponde a 255 cajas. Por pilas de 15 cajas se requiere un área de aproximadamente 2.7 m2. Área total requerida para depósito de empaques vacíos = 7.3 m2.

• Sección almacenamiento de insumos para un mes En este caso el área se calcula con base en los siguientes datos de insumos para un mes.

Azúcar: 104.55 Kg. / mes aproximadamente igual a 2 bultos, los cuales se apilarán sobre estibas de madera de 0.50 m, dejando un espacio de maniobra en dos de sus lados, lo cual dará un área de 1 m2. Se calcula un área de 2 m2 para los demás ingredientes. Área total requerida: 4.0 m2 (se incluye 1 m2 como área para manipulación).

• Área administrativa: Para esta área se considera una oficina para el gerente, otra para la sección de distribución y venta, un área de servicios sanitarios y de aseo, una recepción y una zona de cargue y descargue.

Teniendo en cuenta lo anterior, se deja un área total de: 21.0 m2 • Sección control de calidad: Se reserva un área de 7.7 m2 para el laboratorio de control y calidad.

• Sección sala de máquinas : Como la caldera debe permanecer en un sitio aparte de todas las secciones, se ubica en un área de 11.2 m2.

• Área del cuarto para cambio de ropa para operarios: Como se deben tener baños tanto para hombres como para damas con duchas, baños y sitio para cambio de ropa, se reserva un área de 7 m2 para cada una de estas zonas.

RESUMEN ÁREA DE PRODUCCIÓN Área de recepción y pesaje Área de almacenamiento de la

15.04 m2

Fruta (cuarto frío) Área de lavado de la fruta Área de adecuación y Porcionado de la fruta Área de envasado de la fruta Área de preparación de jarabe Área de envasado de jarabe Área de exhausting Área sellado de frascos Área de tratamiento térmico Área de cuarentena y almacenamiento Producto terminado Área de etiquetado y empaque

Área de empaques vacíos Área de insumos Área de administración Área de sitio para cambio de ropa Zona de cargue y descargue Sala de máquinas Área de control de calidad

4.5 m2 9.9 m2 7.8 m2 7.8 m2 6.2 m2 6.6 m2 9.0 m2 4.7 m2 6.6 m2 7.8 m2 7.8 m2 7.3 m2 4.0 m

2

21.0 m2 14.0 m2 4.0 m2 2 11.2 m 7.7 m2

Área total 62.94 m2 . Área para el desenvolvimiento del operario: El operario debe contar con el lugar suficiente para desempeñar todas las tareas relativas de esa área de trabajo en particular. Este espacio debe planearse con todo cuidado, a fin de que el operario tenga todo lo necesario al alcance de la mano y no se requiera ningún movimiento exagerado. Una superficie planeada adecuadamente, también debe proporcionar el máximo de seguridad, aislando las operaciones peligrosas, construyendo muros o colocando los dispositivos de protección apropiados. Por otro lado, la superficie que se asigne debe mantenerse al mínimo debido al costo del terreno en sí y porque de ésta manera, el operario tendrá que caminar menos. Área para servicio a las maquinas: Las máquinas deben estar ubicadas de tal modo que el personal que les de servicio y el equipo necesario para ello, tengan fácil acceso a las máquinas.

La mayoría de las máquinas tienen cubiertas de acceso para la inspección de engranajes, mecanismos ó circuitos de control.

Lugar para herramientas:

Las herramientas deben guardarse en el lugar que resulte más conveniente para el operario.

Aquellas herramientas que se usan con gran frecuencia, deben siempre encontrarse al alcance de la mano, y cada una debe tener un sitio específico. Área para productos terminados: Es evidente que del cálculo de las necesidades de producción se determinan las necesidades de materia prima y/o producto terminado. Veamos una forma de calcular el espacio requerido basado en la suma de los máximos niveles de existencias (stock), métodos de almacenamiento y el arreglo de áreas en la distribución. La fórmula usada para determinar el espacio requerido es: Ar = Σ N [EN (EF. P + A)] Donde: Ar N EN EF P A

= área requerida. = número de filas de estibas contra el pasillo. = dimensión de la estiba contra el pasillo. = dimensión de la estiba en la fila. = profundidad o número de estibas por fila. = ancho del pasillo que se está considerando.

Ejemplo: Datos supuestos: • • • •

Altura de la pila (H): 4 estibas de alto Ancho del pasillo: total: 4 metros – 2. Metros utilizados como acceso a la pila Dimensiones de la estiba: EN = 1.0 metro , EF = 1.2 metros Requisitos de estibado :

Tabla No. 4: Producto empacado en Tambores de 210 litros (55 galones) Como se aprecia, hemos supuesto que estas existencias (stocks) están colocadas en 32 filas a lo largo de un pasillo de cuatro estibas de altura y una estiba de profundidad por fila. El área requerida sería: Ar Ar Ar Ar Ar

= = = = =

Σ N [EN (EF. P + A)] Σ 32 [1 (1.2 x 1 + 2)] 32 [1.2 + 2 ] 32 [1.2 + 2 ] = 32 [ 3.2 ] 102.4 m2

El espacio mínimo requerido para las existencias puede ser determinado variando el ancho y la profundidad del área dentro de los límites físicos permitidos. La tabla No. 5 muestra las áreas requeridas para diferentes arreglos.

Tabla No. 5 Cálculo del total de Área de Piso.

Aparentemente el mejor plan es el que usa ocho filas de estibas a lo largo del pasillo por cinco de profundidad. Pero, el desequilibrio entre las existencias requeridas para cada producto conlleva un desperdicio potencial de espacio. Sin embargo, ésta podría ser aún la mejor solución si estas filas dieran por la parte de atrás contra otro pasillo, en cuyo caso el exceso de espacio podría ser utilizado por otros productos.