UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO
TRABAJO DE GRADO EN LA MODALIDAD: PROYECTO DE GRADO
ADECUACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LA SECCIÓN DE LÁCTEOS DE PLANTAS PILOTO EN LA UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO
ANTEPROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO PRESENTADO POR CARLOS ANDRÉS MAYORGA MORALES JULIÁN ANDRÉS MÉNDEZ MORA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA ARMENIA, 2009
ADECUACION Y MEJORAMIENTO DE LA SECCION DE LÁCTEOS DE PLANTAS PILOTO EN LA UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO
ANTEPROYECTO PRESENTADO POR
Carlos Andrés Mayorga Morales e-mail: andresvaliente7@gmail.com Julián Andrés Méndez Mora e-mail: juliandresmm@hotmail.com
ASESOR DEL PROYECTO Ing. Edward Marín e-mail: jomarin@uniquindio.edu.co
UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA ARMENIA, 2009
INTRODUCCIÓN
Los lácteos, también denominados productos lácteos, son aquel grupo de alimentos que incluyen la leche, así como sus derivados procesados (generalmente fermentados). Las plantas industriales que producen estos alimentos tal como la que posee la Universidad del Quindío, pertenecen a la industria láctea y se caracterizan por la manipulación de un producto altamente perecedero, como es la leche, que debe vigilarse y analizarse correctamente durante todos los pasos de la cadena de frio hasta su llegada al consumidor. En una Planta de éste tipo se va a centrar todo este trabajo. Teniendo en cuenta la importancia que tienen las plantas industriales de lácteos, se considera que es una excelente oportunidad para realizar una serie de trabajos con el fin de adecuar y mejorar la planta de este tipo que tiene plantas piloto. Uno de los puntos que se desea realizar en este trabajo es la actualización de un equipo dosificador de productos (principalmente arequipe). Este equipo se encuentra actualmente en un grave deterioro, por lo cual se hace necesario un profundo mantenimiento, además de la necesidad de actualizar el quipo a un sistema de control en término electrónico semiautomático debido y que en el momento se desarrolla completamente manual. También se necesita reemplazar remplazar y adicionar toda la tubería de vapor de la planta debido a que se encuentra en mal estado, Con esta adecuación se planea aprovechar para instalar tres derivaciones con el fin de suministrar vapor a tres equipos a la vez a una presión regulada para cada uno. Otro de los requerimientos de la planta es el diseño y construcción de una prensa para la producción de quesos la cual debe ejercer diferentes grados de presión de acuerdo con el tipo de queso que se quiera elaborar Para la elaboración de estos trabajos se cuenta con la asesoría de algunos docentes de la Universidad del Quindío, así como también con el aporte presupuestal de la administración de Plantas Piloto para el desarrollo de estos proyectos.
OBJETIVOS
GENERAL
Adecuar y mejorar la sección de lácteos de Plantas Piloto en la Universidad del Quindío
ESPECIFICOS Reemplazar los conductos ya existentes y hacer tres derivaciones adicionales de líneas de vapor con presión regulada, los cuales alimentaran varios equipos que se requieren en la sección de lácteos Recuperar y automatizar el dosificador de producto (arequipe) Diseñar e implementar una prensa automática para elaboración de quesos
MARCO TEÓRICO
Los productos lácteos se conocen desde hace milenios; es muy posible que estén unidos al consumo humano desde los tiempos de las antiguas tribus nómadas del neolítico; el ser humano logró la domesticación de cabras y ovejas probablemente hace casi unos 9.000 años en las zonas del Mediterráneo Oriental aunque no existen registros de consumos lácteos hasta unos mil años luego de tal domesticación: hace 8.500 años puede suponerse la insipiencia de producción láctea para consumo humano aunque recién hace 7.000 años es que se datan importantes producciones de leche de vaca, cabra y oveja en zonas como el noreste de Anatolia. Debido a la gran disponibilidad de leche procedente de los ganados que se desplazaban con la población. La elaboración de ciertos lácteos como el queso se asocia en la cultura popular con las costumbres culinarias de los pastores de ganado. Algunos autores mencionan que el mismo puede haberse originado en la fermentación de la leche que se almacenaba en las vasijas elaboradas con los estómagos de animales. Los productos lácteos y la leche se han desarrollado históricamente en aquellas poblaciones, o razas humanas, que han evolucionado físicamente para mantener en la edad adulta una mejor capacidad de digestión del principal azúcar de la leche: la lactosa. En los demás grupos humanos, la secreción de la lactasa (una enzima esencial para esa digestión) se pierde tras la fase de lactancia infantil, y por esta razón muchas culturas tienen una «aversión culinaria» a la leche y sus derivados. Sólo en algunas partes de Asia o África se consumen habitualmente productos lácteos; y su consumo más extendido se centra en el norte de Europa y en las zonas del mundo con presencia migratoria significativa de ese origen, como Norteamérica, Argentina y Australia. Se ha estimado que casi un 96% de los europeos del norte son capaces de digerir la lactosa; entre un 50% y un 75% de los africanos, indios, habitantes de Oriente Medio y europeos del este; mientras que casi todos los nativos americanos y asiáticos son incapaces de digerirla. El siglo XX es el periodo de tiempo donde la leche y los lácteos sufren una fuerte expansión en su consumo a lo largo de todo el planeta, las mejoras en los métodos artificiales de ordeñe, alimentación y las mejoras en selección artificial de las especies, los avances tecnológicos en los procesos de transporte y refrigeración, hicieron que se produjera la paradoja de la «sobreproducción» (paradójico, ya que se empezaba a extraer más leche con menos vacas). Al mismo tiempo se empezaron a abrir serios debates acerca de lo adecuado de sus valores nutricionales aplicados a una dieta sana
Tipología de lácteos Existen muchas categorizaciones acerca de los lácteos. Una de las clasificaciones más intuitivas resulta de la clasificación los sub-productos resultantes de la leche cruda, tal y como se puede mostrar en el siguiente gráfico:
La leche cruda es un elemento altamente perecedero y es por esta razón por la que se trata en las primeras etapas de la producción para que sea posible conservarla. Uno de los métodos de conservación es la «disminución de contenido acuoso» o «secado» (liofilización) de la leche cruda mediante el empleo de tecnologías bien sean de aplicación de calor (evaporadores) o de membrana. La operación se realiza hasta que el contenido sólido llega al 40% o 50%.
QUESO El queso es un alimento sólido elaborado a partir de la leche cuajada de vaca, cabra, oveja, búfala, camella u otros mamíferos rumiantes. Es la conserva ideal pues muy difícilmente se estropea con el transcurso del tiempo ya que al secarse mejoran sus cualidades en relación al peso. La leche es inducida a cuajarse usando una combinación de cuajo (o algún sustituto) y acidificación. Las bacterias se encargan de acidificar la leche, jugando también un papel importante en la definición de la textura y el sabor de la mayoría de los quesos. Algunos también contienen mohos, tanto en la superficie exterior como en el interior. PROCESO DE ELABORACION DEL QUESO Recepción de la leche: En esta primera fase se hace un control de calidad de la materia prima de la leche bajo el aspecto físico, químico y microbiológico. a)
Higieniza: Eliminan las impurezas sólidas que proceden de la ganadería; b) Homogeniza: La homogeneización es un proceso que busca reducir el tamaño de los glóbulos grasos para evitar así su separación durante el almacenamiento de la leche pasteurizada; c) No se Homogeniza Tratamiento térmico de la leche. Tratamiento térmico de la leche: Hasta hace poco era absolutamente obligatorio pasteurizar la leche cuando se iban a elaborar quesos con maduración inferior a 60 días. Dicha pasteurización consiste en calentar la leche durante 15-40 segundos a 70/80ºC y así eliminar los microbios patógenos... Adición de fermentos lácticos: Una vez se ha pasteurizado la leche es necesario calentarla a unos 25/30ºC durante 20 a 25 minutos y reponer parte de la flora microbiana eliminada con dicho tratamiento para que tengan lugar las transformaciones propias de la maduración del queso (acidificación, proteolisis, lipólisis)... Coagulación de la leche: Coagulación Enzimática. Producida por la acción del cuajo, pudiendo ser este animal (procede del estómago de rumiantes lactantes) o vegetal (flor del cardo). La temperatura y el tiempo del cuajado es factor determinante del tipo de queso a elaborar... Corte de la cuajada: una vez coagulada la leche, esta debe ser cortada con Liras o Cuchillas para favorecer la salida del suero retenido en la masa. Dicho corte produce un fraccionamiento de la cuajada en “granos” de tamaño variable según el tipo de queso... Calentamiento: Tras cortar la cuajada en granos y extraer el suero sobrante mediante el proceso del desuerado, esta se calienta entre los 30 y 40ºC. Cuanto mayor sea el calentamiento más seco será el queso denominándose queso de pasta cocida. Mientras que aquellos quesos sometidos a un calentamiento más bajo se denomina de pasta blanda. Prensado: Tras el calentamiento se procede al llenado de moldes, resultando en quesos de pasta prensada (se somete al molde a presión exterior) o no prensada. Salado: La finalidad del salado es favorecer la formación de la corteza evitando que se desarrolle excesivamente la flora microbiana y a la vez confiriendo un sabor característico al queso. El salado puede realizarse siguiendo diferentes prácticas... Madurado: Se trata de una de las fases más importantes en la elaboración de un queso, pues es en esta fase cuando desarrolla sus sabores y aromas. Dependiendo del grado de maduración los quesos pueden ser frescos (no se maduran) semi-curados o curados...
AREQUIPE El arequipe es un producto de textura blanda y pegajosa de textura blanda y pegajosa, de color ámbar brillante elaborado a partir de la concentración de la leche y un porcentaje alto de azúcar hasta un contenido aproximado de sólidos 72° Brix. Este producto se almacena a temperatura ambiente por periodos largos, sin riesgo de que se presenten graves alteraciones en el alimento.
PROCESO DE ELABORACION DEL AREQUIPE Recepción y filtrado de la leche: se retiran las partículas extrañas presentes en la leche que pueden causar defectos en el producto final. Neutralización: se realiza para disminuir la acidez desarrollada en la leche hasta 10 – 12 grados Dornic, permitiendo así el tratamiento térmico sin que se produzca la coagulación de las proteínas, se conoce comúnmente como cortado de la leche Para este proceso se utiliza bicarbonato de sodio, del cual se necesita 18 gramos para neutralizar un grado Dornic de acidez para 22 lt de leche. El exceso de este neutralizante produce un dulce de baja calidad. Mezcla de azúcar: se mezcla el azúcar bajo agitación continua calentando el producto hasta una concentración requerida. Adicionalmente los saborizantes como canela, coco, etc. se agregan 5 minutos antes del final. Concentración: se realiza con agitación continua para disminuir la humedad y aumentar la proporción de sólidos, hasta dar la textura deseada. La concentración se realiza a una temperatura de 70° - 80° centígrados hasta una concentración de 70° Brix Pre-enfriamiento: cuando el dulce esta en su punto se baja la temperatura hasta 60 ° C, con agitación continua para facilitar la salida de vapor de agua y así evitar su condensación en el interior de la mezcla Enfriamiento y empaque: el arequipe se envasa caliente a una temperatura de 50° - 80° C, para así tomar la forma del empaque que lo contiene Almacenamiento: el almacenamiento se realiza en las plantas a una temperatura de 14°C por 49 horas aproximadamente
DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO
Se plantea realizar tres procesos independientes para la sección de lácteos de Plantas Piloto en la Universidad del Quindío. A continuación se describe el procedimiento para cada proceso:
1er PROCESO. Reemplazar los conductos de vapor ya existentes y hacer tres derivaciones adicionales de líneas con presión regulada. Consiste en remover la tubería y los controles existentes en el sistema de suministro de vapor de la sección de lácteos y reemplazar los tramos deteriorados; Adicionalmente se establecerán dos derivaciones nuevas obteniendo así tres puntos de suministro de vapor con sus respectivos sistemas de control de presión.
2do PROCESO: Recuperar y automatizar el dosificador de producto (arequipe) La primera fase de este trabajo consiste en el mantenimiento y modificación del equipo para envasar el arequipe. Consiste en desmontar el equipo y evaluar el estado de cada una de las piezas que lo componen, hacer limpieza a los cilindros que contienen el producto, cambiar empaques y o-rings, realizar pintura general, cambiar cableados, y dispositivos electrónicos; Adicionalmente se modificará el equipo para tornar a un sistema automático o semiautomático no presente en el equipo original, dependiendo de los requerimientos de la planta
3er PROCESO: Diseñar e implementar prensa automática para elaboración de quesos. Se plantearan posibles diseños sobre planos que se ajusten a las necesidades de la planta de acuerdo a los requerimientos de productividad; Luego de determinar el diseño más viable se encargará la elaboración de la estructura mecánica para después implementar el sistema de control electrónico, y proceder a realizar las pruebas.
METODOLOGÍA
Este proyecto se realizará en fases para cada proceso que se adelantarán en Plantas Piloto. Se describe a continuación las fases para tres procesos que se adelantarán de manera consecutiva; Estos procesos son determinados por los objetivos específicos y que se enumeran a continuación:
1er PROCESO. Reemplazar los conductos de vapor ya existentes y hacer tres derivaciones adicionales de líneas con presión regulada. FASE 1: Se tomarán mediciones de los espacios que ocupará este proceso en la sección de lácteos y se determinarán las dimensiones de las tuberías además de los elementos que conformarán los tres puntos para tres equipos FASE 2: Se hará un presupuesto de los materiales. FASE 3: Luego de adquirir los elementos necesarios se procederá al montaje en la planta. FASE 4: Se harán pruebas de desempeño y se efectuarán las correcciones necesarias.
2do PROCESO: Recuperar y automatizar el dosificador de producto (arequipe) FASE 1: Inicialmente se tomará el equipo existente y se desarmará para verificar el funcionamiento y con qué cosas se cuentan y cuáles sobrarán. FASE 2: Partiendo de lo obtenido en la fase 1 se diseñarán posibles aplicaciones para la automatización. FASE 3: Se tomará las piezas necesarias para el producto final y se restauraran las partes defectuosas. FASE 4: Se harán caracterizaciones de los componentes electrónicos y mecánicos y se efectuará el montaje final. FASE 5: Presentación del producto final.
3er PROCESO: Diseñar e implementar prensa automática para elaboración de quesos. FASE 1: Estudiar e informarse del proceso para la elaboración del queso y particularmente en el sistema de prensado del mismo. FASE 2: Presentar posibles diseños del equipo. FASE 3: Luego de revisado y aprobado el diseño se efectuará el diseño del sistema mecánico del equipo. FASE 3: Se elaborará el diseño del sistema de control. FASE 4: Se montarán todos los componentes y se harán pruebas de caracterización de lo dispositivos del montaje. FASE 5: Se harán pruebas finales para la entrega del equipo.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Para cumplir a cabalidad con éste trabajo se plantean los tiempos necesarios para desarrollar cada proceso independiente uno del otro pero que hacen parte de la adecuación y mejoramiento de la sección de lácteos de Plantas Piloto. Se describen en tiempos laborales de 5 días a la semana así:
1er PROCESO. Reemplazar los conductos de vapor ya existentes y hacer tres derivaciones adicionales de líneas con presión regulada. SEPTIEMBRE
Actividades
SEMANA 1 L M M J
Mediciones y evaluación de materiales requeridos Presupuesto de materiales Compra y recepción de materiales Montaje (incluye el desarme) Calibración
SEMANA 2 V L M M J
SEMANA 3 V L M M J
SEMANA 4 V L M M J
V
X X
X
X X X X
X
X X X X
X
X X X X
X
X X
2do PROCESO: Recuperar y automatizar el dosificador de producto (arequipe) SEPT.
Actividades
OCTUBRE
SEMANA 5 L M M J
Evaluación del funcionamiento del equipo Diseño de soluciones de automatización
X X
SEMANA 6
SEMANA 7
SEMANA 8
NOV SEMANA 9
SEMANA 10
V L M M J V L M M J V L M M J V L M M J V L M M J V
X
X X X X
X
SEPT.
Actividades
OCTUBRE
SEMANA 5
SEMANA 6
L M M J V L M M J
Mantenimiento de las piezas, pintura y adecuación
SEMANA 7
V L M M J
X X X X
X
NOV
SEMANA 8 V L M M J
X X X X
Montaje y adecuación del sistema de control electrónico Calibración
SEMANA 9 V L M M J
SEMANA 10 V L M M J
X
X X X X
X
X X
X X
3er PROCESO: Diseñar e implementar prensa automática para elaboración de quesos. NOVIEMBRE
Actividades
SEMANA 11 L M M J
Elaboración de posibles diseños Elección del mejor diseño Orden de fabricación y elaboración del control electrónico Montaje y adecuación del sistema de control electrónico Calibración
X X
X
SEMANA 12
V L M M J
DICIEMBRE SEMANA 13
V L M M J
SEMANA 14
V L M M J
SEMANA 15
V L M M J
V
X X X X
X
X X X X
X
V
X X
X X
X
X X
X X
X
X X
X
X X
PRESUPUESTO
La financiación de éste proyecto es de responsabilidad directa de los directivos de Plantas Piloto quienes de antemano afirmaron contar con los recursos necesarios para solventar económicamente éste trabajo. 1er PROCESO. Reemplazar los conductos de vapor ya existentes y hacer tres derivaciones adicionales de líneas con presión regulada. DESCRIPCIÓN Válvula reguladora Max americana 0-140 PSI, 1/2" Manómetro 0-100 PSI con glicerina Manguera Teflón MHTE 1/2” Sellador con teflón Eterna Niple 1/2” Tubo acero al carbón 3/4” (6 mts) Rosca 3/4” Tubo acero al carbón 1/2” (6 mts) Rosca 1/2” Niple 1/4” Codo 3/4” Codo 1/2” T 3/4” T 1/2” Válvula 1/2” (Globo) Red bossing de 3/4” a 1/2” Red bossing de 1/2” a 1/4” Tubo conduic 1/2” semipesado Toma especial life protector Caja plástica 2x4 Alambre # 10 Curvas 1/2” Aislante Gastos de envío
Cant. 3
Unid. Und
3 18 1 18 6 32 1 36 3 8 6 4 3 9 6 3 3 3 3 30 10
Und mts Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und Und mts Und
Valor unit. 680.000
Valor total 2.040.000
33.000 70.500 13.700 3.400 60.000 1.400 42.000 1.000 3.500 1.600 1.500 2.200 1.800 46.000 1.700 2.000 1.500 19.600 400 1.200 400
99.000 1.269.000 13.700 61.200 360.000 44.800 42.000 36.000 10.500 12.800 9.000 8.800 5.400 414.000 10.200 6.000 4.500 58.800 1.200 36.000 4.000
TOTAL
4.546.900
2do PROCESO: Recuperar y automatizar el dosificador de producto (arequipe) DESCRIPCIÓN
Cant.
Unid.
Microcontrolador 16F877 Pantalla LCD Sensor de proximidad Optoacoplador Triac Manguera de 1/8" Restauración (Masilla y pintura) Baquela, Capacitores, resistencias, cristal de cuarzo, otros (Complementario estimado) Empaques
1 1 1 1 1 3 1
Und Und mts Und Und mts Und
Valor unitario 16.000 18.000 4.500 1.200 1.500 1.200 50.000
1
Und
10.000
10.000
8
Und
400
3.200
TOTAL
Valor total 16.000 18.000 4.500 1.200 1.500 3.600 50.000
108.000
3er PROCESO: Diseñar e implementar prensa automática para elaboración de quesos. El diseño de este prototipo aún está por definir y por esta razón aún no se incluye el presupuesto.
BIBLIOGRAFĂ?A
www.quiminet.com www.cigarrospuros.com www.wikipedia.com
ANEXOS
- Carta entrega de anteproyecto.