REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
INFORME DE PASANTÍAS EVALUACIÓN DEL DISEÑO E INGENIERÍA DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO DE LA EMPRESA LÄCTEOS PACOMELA C.A. Fecha de Realización: 10 de Agosto de 2010 – 21 de Septiembre de 2010
Realizado por: Abreu Medina, Manuel A. C.I. 18.626.352
Tutor Industrial: Ing. Marlyng Borjas
Maracaibo, Octubre de 2010
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
INFORME DE PASANTÍAS EVALUACIÓN DEL DISEÑO E INGENIERÍA DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO DE LA EMPRESA LÄCTEOS PACOMELA C.A.
__________________________ Manuel Alejandro Abreu Medina. C.I. V -18.626.352 Telf. 0414-6877596
[email protected]
Revisado por: __________________________ Ing. Marlyng Borjas Tutora Industrial
APROBACIÓN
La suscr suscritita, a, Tutora Tutora Indus Industr tria iall Ing. Ing. Marl Marlyn yng g Borj Borjas as,, en su condi condici ción ón de orien orienta tar, r, supervisar y evaluar las actividades realizadas, escritas en el Informe de Pasantías realizado por el Br. Abreu Medina, Manuel Alejandro, titular de la C.I. V.-18.626.352, cursante del décimo semestre de Ingeniería Química en La Universidad del Zulia, Edo. Zuli Zulia, a, labor labor ejec ejecut utad ada a en el área área de torr torres es de enfri enfriam amie ient nto o del del depar departa tame ment nto o de tratamiento de aguas de Lácteos Pacomela CA, y en el cumplimiento de los requisitos exigidos para optar al título de Ingeniero Químico.
__________________________ Ing. Marlyng Borjas. Tutora Industrial.
APROBACIÓN
Quien suscribe, Profesor Ing. Roger Solano, en su condición de Coordinador de Pasantías, designado por el Departamento de Pasantías, adscrito al Departamento de Ingeniería Química de La Universidad del Zulia, hace constar que el Informe de Pasantías realizado por el Br. Abreu Medina, Manuel Alejandro, titular de la C.I. V.18.626.352, cursante del décimo semestre de Ingeniería Química en La Universidad del Zulia, cumple con uno de los requisitos para optar por el título de Ingeniero Químico, reuniendo así las condiciones y méritos suficientes para ser APROBADO.
__________________________ Ing. Roger Solano Coordinador de Pasantías Abreu M., Manuel A. “Informe de Pasantías”. La Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo-Venezuela.
Resumen
Las pasantías industriales se realizaron en la empresa Lácteos Pacomela C.A. que produce y distribuye con altos estándares de calidad productos lácteos tales como diferentes tipos de quesos, mantequilla y crema. Las prácticas profesionales fueron realizadas en las torres de enfriamiento, las cuales tuvieron una duración de seis semanas. Las actividades fueron planificadas y supervisadas por la Ing. Marlyng Borjas, en función de las responsabilidades del cargo de un Ingeniero Químico en una compañía de productos lácteos realizándose dichas tareas bajo su supervisión directa. La reutilización de recursos es imprescindible en toda industria, por ello se encuentran en muchas de ellas las torres de enfriamiento, estas permiten disminuir la temperatura del agua caliente que proviene generalmente de procesos con altas temperaturas. El propósito de estas pasantías industriales es evaluar el diseño de dos torres de enfriamiento localizados en Lácteos Pacomela C.A.
I
Índice de Contenidos Prías Omar, “EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE TORRES DE ENFRIAMIENTO”, Unidad de Planeación Minero Energética de Colombia..........................................................................35
Introducción
Las pasantías industriales en los estudiantes de ingeniería química son un recurso esencial para el desarrollo del nuevo profesional ya que permite el primer contacto laboral, desenvolviéndose en las áreas pertinente de la carrera, logrando así la puesta en práctica de los conocimientos obtenidos en la universidad al igual que el aprendizaje de habilidades y aptitudes propias del campo y de desarrollo personal tales como responsabilidad, liderazgo entre otros. El informe presenta una breve descripción de la empresa LÁCTEOS
PACOMELA C.A. Tales como su organización administrativa, materia prima y la producción de derivados de la leche consiguiéndose entre estos variedades de quesos, mantequilla y crema; Al igual que la evaluación del diseño e ingeniería dos torres de enfriamiento que se encuentran dentro de la planta logrando con esto mantener y controlar su buen funcionamiento. En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de los procesos en los cuales fue utilizada, mediante la transferencia de calor y materia del agua que es rociada desde el tope de la torre al aire que circula por el interior. Tambien se describen los pruebas que se le realiza al agua de salida de la planta de tratamiento y de alimentación a las calderas asimismo como análisis de control de calidad de la leche. Por último se muestran los resultados obtenidos con sus respectivas conclusiones y recomendaciones a la empresa.
Breve Descripción de la Empresa Actividad Económica La empresa Lácteos Pacomela C.A. inicio sus operaciones en 1987 en la ciudad de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, como procesadora de leche. Actualmente es reconocida como líder en la producción y comercialización de varios tipos de quesos, mantequilla y crema. Hoy en día la empresa Lácteos Pacomela C.A., esta presente en más del 50% del país en los estados Aragua, Anzoátegui, Barinas, Bolívar, Carabobo, Cojedes, Distrito Capital, Nueva Esparta, Táchira, Trujillo, Mérida , Sucre, y Zulia. Desde que inicio operaciones en territorio venezolano, ha buscado al satisfacción de sus clientes mediante la distribución y comercialización de productos alimenticios de excelente calidad, elaborados de acuerdo a las exigencias de los consumidores y permitiendo mantener elevados niveles de rotación. Parten del criterio que solo quienes tienen lo mejor pueden llegar a ser grandes en ventas. Además le sirven a los proveedores y receptores de su materia prima (leche) como fuente de apoyo y confianza para generar un beneficio tanto para ellos como el de la empresa, obteniendo así una excelente calidad en la materia prima y por ende en sus productos.
Misión La misión de la empresa es administrar, producir y comercializar productos lácteos de óptima calidad, manteniendo estrategias claves que produzcan ventajas competitivas y que las lleven a ser una empresa exitosa.
Visión
La política de calidad de Lácteos Pacomela C.A., está en cada actividad realizada por todos y cada uno de sus trabajadores, por lo que la calidad “voluntaria” es un compromiso que se evidencia en el estilo de comportamiento de su gente; buscando satisfacer los deseos del consumidor, manteniéndolo y sorprendiéndolo a través de productos innovadores y de calidad superior. Es por eso que administran, producen y comercializan en calidad junto a sus proveedores y clientes, como estrategia clave para lograr ventajas competitivas y ser una empresa exitosa.
Proceso Productivo El proceso productivo comienza con la recepción de la leche, esta viene en los camiones de las diferentes rutas de haciendas y antes de ser descargados en los silos se llevan las muestras de leche de la ruta y de cada hacienda al laboratorio de control de calidad. En el laboratorio se le realizan las diferentes pruebas de calidad y si éstas pasan el control de calidad, la leche es depositada en cualquiera de los cinco silos de almacenamiento, los cuales mantienen la leche a una temperatura de 6 a 11 º C, y luego es distribuida a las diferentes áreas de producción. De los silos pasa al pasteurizador el cual es básicamente un intercambiador que calienta la leche entre 72 – 75 ºC por 15 minutos para garantizar la muerte de cualquier microorganismo que pueda estar presente en la leche. Del pasteurizador pasa hacia el desaireador para eliminar la espuma que pueda formar la leche, esta leche es enfriada hasta la temperatura necesaria para la elaboración del queso (si es para palmita la leche debe estar a 36 ºC y si es para madurado debe ser 32 ºC) mediante una contra corriente de la leche que viene de los silos. Básicamente el proceso de producción de los quesos es igual para todos, la diferencia es el tiempo de maduración, el tipo de cuajo y el tipo de cultivo y aditivos extras que varían dependiendo de cada queso.
En general, para la elaboración de quesos, la leche se vierte en los artesones, los cuales son una especie de recipientes grandes cuadrados de acero inoxidable, a la cual se le agrega el cultivo y nitrato de sodio para evitar la contaminación de bacterias diferentes a las que trae el cultivo a esa temperatura; se le agrega el cuajo, el cual en el caso del palmita y madurado es liquido, y este va a permitir la coagulación de la leche. Se deja reposar cierto tiempo, el cual varía según el tipo de queso a elaborar, y luego cuando esté en su punto de cuajado se quiebra pasándole una lira hasta que la leche este bien quebrada y luego es mezclada con una especie de palanca o mezclador por un cierto tiempo determinado para cada queso o hasta que los coágulos de leche estén ligeramente firmes. Posteriormente se prensa el queso, bien sea con pesas o con una prensa neumática, para que el queso se compacte y el suero salga del seno del queso. Cuando este firme se corta en pedazos o cubos como en el caso del palmita y madurado (dependiendo del tipo de queso que se vaya a elaborar este varía entre cubos de 5x5x5 cm. y cubos de 3x3x3 cm.) en ellos es donde se va a formar el agujero, o mejor dicho, donde se va a formar el gas. Luego estos trozos de queso se salan en unos artesones con salmuera durante un cierto tiempo, el cual también dependerá del queso que se vaya a elaborar, y se revuelven o dan vuelta cada cierto intervalo de tiempo para que la sal se difunda de igual forma por todo el trozo de queso. Finalmente se llenan los moldes de queso y se llevan a maduración por el tiempo que sea necesario dependiendo de la variedad del queso a elaborar. Luego que el queso cumpla el tiempo de maduración requerido, se empaca y distribuye por todo el territorio nacional.
Materia Prima Utilizada La principal materia prima es la leche, provenientes de las diferentes haciendas proveedoras. Esta llevan a la planta en camiones con tanques especiales para el transporte de la leche bien sea por los que disponen los dueños de las haciendas o en
su defecto provisto por un servicio de transporte que Lacteos Pacomela C.A. también ofrece.
Productos Obtenidos La empresa Lácteos Pacomela C.A. produce una gran variedad de quesos, entre ellos el más famoso y reconocido de la empresa, el Palmita Zuliano Tradicional, además del palmita cinco estrellas, queso madurado, queso amarillo gouda, queso pasteurizado, queso mozarela, queso ricota, requesón, mantequilla y crema tradicional, mantequilla con ajo y perejil. Adicionalmente producen el llamado queso blandito que solo es producido cuando se realiza un pedido, el cual es muy utilizado para la elaboración de tequeños, empanadas y pastelitos. La diferencia en cada uno de los quesos radica en el tipo de cultivo y de cuajo que se utilizan para la realización de cada queso, además de los tiempos de maduración que implica en el sabor y textura de cada uno de ellos y de las proporciones de leche, suero y leche descremada que se utilizan para la producción de cada tipo de queso.
Organización La estructura organizacional de la empresa Lácteos Pacomela C.A. se encuentra distribuida de la siguiente forma, como lo muestra el siguiente diagrama organizacional:
PRESIDENTE
Ángel Francisco Fernández Portillo
VICE – PRESIDENTE
María de Fernández
GERENTE ADMINISTRATIVO
Angélica Fernández
GERENTE DE VENTA
Jhonny Fernández
GERENTE DE PLANTA
Edilberto Catalan
Figura 1: Estructura Organizacional Sociedad Mercantil Lácteos Pacomela C.A.
Ubicación de las pasantías dentro de la organización El desarrollo de las pasantias se realizó en Lácteos Pacomela C.A. En el Departamento de Tratamiento de Aguas el cual está a cargo la Ingeniera Química Marlyng Borjas, área de Torres de Enfriamiento.
Justificación de la Práctica Profesional Las torres para enfriamiento de agua son dispositivos cuya finalidad es extraer su calor través del contacto directo con el aire. Estas torres tienen múltiples aplicaciones, desde relativamente pequeñas instalaciones de aire acondicionado hasta grandes complejos de generación de energía eléctrica. Se puede decir que su uso esta justificado en sistemas que utilizan agua como medio refrigerante, donde sea necesario disipar grandes cantidades de calor a bajo costo y el salto de temperatura requerido sea del orden de 10°C. (1)
Dominar de la metodología de cálculo de torres de enfriamiento de agua implica conocer los fundamentos teóricos del proceso de termotransferencia que tiene lugar en su interior, como así también las características del flujo interno y la correspondiente ponderación de las pérdidas de masa y energía para poder seleccionar o diseñar una torre de enfriamiento. Ello permitirá obtener torres de enfriamiento con una alta eficiencia termodinámica y un bajo consumo energético. En la empresa Lácteos Pacomela C.A. Se tienen dos torres de enfriamiento que surten a equipos refrigeradores en el área de recepción de leche y producción de quesos, el agua que se utiliza proviene de las mismas secciones ya que esta agua es reutilizada y sus características físico-químicas han sido controladas por la planta de tratamiento de agua. Toda la información acerca de estas torres no se tienen debido a que se perdieron, por lo tanto hay la necesidad de volverlas a realizar, tanto de diseño como ingeniería, además las torres presentan problemas de corrosión, ya que en menos de un año de su mantenimiento las placas metálicas se encuentran corroídas al igual que sus bases, teniendo también problemas biológicos visto por la presencia de algas y moho dentro del equipo. Por último tiene problemas de control ya que la temperatura a la cual está saliendo el agua no se encuentra dentro del rango deseado. Todos estos problemas necesita la atención de un ingeniero químico para su evaluación y reparación volviendo a que este equipo opere en óptimas condiciones.
Objetivos Objetivo general Evaluar el diseño e ingeniería de las torres de enfriamiento de la empresa
Lácteos Pacomela C.A. Objetivos Específicos
•
Conocer los parámetros físico-químicos realizados a la materia prima.
•
Conocer el proceso productivo de la elaboración de diferentes tipos de
quesos, mantequilla y crema. •
Realizar pruebas físico-químicas al agua de alimentación de las calderas.
•
Establecer los parámetros de diseño de las torres de enfriamiento.
•
Realizar el diagrama de flujo de procesos de las torres de enfriamiento.
•
Realizar el diagrama de instrumentación y control de las torres de
enfriamiento. •
Mejorar el sistema de instrumentación y control de las torres de
enfriamiento para mejorar su eficiencia. •
Proponer un nuevo arreglo
de líneas (alimentación, descarga,
recirculación) que aumente la eficiencia de las torres de enfriamiento.
Metodología Utilizada Las torres de enfriamiento son columnas de gran diámetro con o sin empaques especiales que permiten un buen contacto gas-líquido con una baja caída de presión. Existen dos tipos de torres, las de flujo transversal y otras contracorriente. También existen dos posibles diseños respecto al flujo de aire: forzada o inducida y por convección natural. Las torres generalmente están constituidas con diversos materiales como la madera, plásticos, etc. formando estructuras de puntes múltiples, también se emplean estructuras de aluminio, ladrillo, concreto o asbesto. El agua suele entrar por la parte superior y caer a través de puentes y deflectores hasta la parte baja de la torre, que está conformada por un sistema abierto al aire libre, el cual por su parte, entra por la parte inferior, poniéndose en contacto con el agua a lo largo y alto de toda la torre. La clasificación de las torres de enfriamiento es de acuerdo al medio utilizado para suministrar aire a la torre las cuales pueden ser:
•
Torres de tiro mecánico.
•
Torres de tiro natural. En la actualidad se emplean dos tipos de torres de tiro mecánico; el de tiro
forzado y el de tiro inducido. En la torre de tiro forzado , el ventilador se monta en la base y se hace entrar el aire en la base de la misma y se descarga con baja velocidad por la parte superior. Esta disposición tiene la ventaja de ubicar el ventilador y el motor propulsor fuera de la torre, un sitio muy conveniente para la inspección, el mantenimiento y la reparación de los mismos. La torre de tiro inducido es el tipo que mas se emplea. A su vez, esta clase general se subdivide en diseños de contracorriente transversales, dependiendo de las direcciones relativas de flujo del agua y el aire. Desde el punto de vista termodinámico, la configuración a contracorriente es más eficaz, ya que el agua más fría entra en contacto con el aire más frío, obteniendo así un máximo potencial de entalpía. Mientras mayores son las gamas de enfriamiento y más difícil la diferencia útil de temperaturas, tanto más evidente serán las ventajas del tipo de contracorriente. Las torres de tiro natural son esencialmente apropiadas para cantidades muy grandes de enfriamiento y las estructuras de concreto reforzado que se acostumbra a usar llegan a tener diámetros de hasta 80 m. y alturas muy elevadas. La conveniencia de diseño obtenida gracias al flujo constante del aire de las torres de tiro mecánico no se logra en un diseño de torre de tiro natural. El flujo de aire a través de la torre de tiro natural se debe en su mayor parte a la diferencia de densidad entre el aire fresco de la entrada y el aire tibio de la salida. El aire expulsado por la columna es más ligero que el del ambiente y el tiro se crea por el efecto de chimenea, eliminando con ello la necesidad de ventiladores mecánicos. En el proceso de refrigeración, el agua de enfriamiento utilizada por los intercambiadores de calor se desperdicia, a menos que se introduzca una torre de
enfriamiento con lo cual dicha agua se puede recircular y reutilizarla en su función de transferencia de energía. En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene generalmente de un circuito de refrigeración, mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza un entramado denominado “relleno”. Las torres de enfriamiento utilizan el calor latente de evaporación de los líquidos para enfriarlos. El proceso es fácilmente explicable de la siguiente manera: Cuando un liquido a cierta temperatura TL, entra en contacto con un gas inerte a temperatura TG mas baja que TL, la película de líquido que esta en contacto directo con él liquido se evapora. Para que este líquido pueda cambiar de fase, necesita obtener energía de algún lugar disponible; la fuente más cercana es el seno del líquido, así que, al tomar esa energía baja la temperatura del líquido. Un esquema idealizado del fenómeno de transferencia que tiene lugar entre la masa liquida y la gaseosa en una torre de enfriamiento se muestra en la Figura 2. Puede suponerse que a uno y otro lado de la interfase 2-2' se forman una película de aire y otra de agua. Los gradientes de temperatura existentes en ambas películas promueven la transferencia de calor necesaria para producir la evaporación y difusión de una pequeña porción del agua que esta en circulación.
Figura 2: Perfil de Temperaturas
Este es el principal proceso de los enfriadores por evaporación tal como se muestra en la Figura 3. Lo más importante para lograr un enfriamiento efectivo es aumentar el área de contacto entre el gas y él líquido, la forma más eficiente de hacerlo es fraccionar el agua en la mayor cantidad de gotas posibles. Sin embargo se debe tener cuidado de no reducir el tamaño demasiado porque entonces estas gotas pueden ser acarreadas por la corriente de aire que atraviesa la torre con la consiguiente perdida de agua del sistema.
Figura 3: Transferencia Líquido Vapor Las torres de enfriamiento tal como se muestra en la Figura 4 poseen las siguientes partes constitutivas: a) Cuerpo: Es la estructura que le da forma a la torre y puede ser metálica, de madera incorruptible o de hormigón. b) Los rociadores: Se encuentran en la parte superior de la torre y permiten que el agua caliente ingrese a la torre en forma de gotas para aumentar su superficie de contacto. c) Empaquetadura: La empaquetadura es una estructura que se encuentra en el interior de la torre y puede ser metálica, plástica o de madera. Su función es obligar a que el agua que cae en forma de gotas permanezca la mayor cantidad de tiempo dentro del cuerpo de la torre, a fin de garantizar una óptima transferencia de calor. Así también ayuda a que el flujo de aire se distribuya uniformemente en el interior del cuerpo.
d) Reservorio: Se encuentra en el fondo de la torre y es un tanque en el cual se recoge el agua enfriada para regresar nuevamente al sistema. e) Eliminadores de Acarreo: Es una estructura ubicada en la parte superior de la torre y tiene la finalidad de evitar que las gotas pequeñas sean arrastradas por la corriente de aire fuera del sistema. f) Tubería de restitución del agua: Conforme se produce la evaporación del agua es necesario ir restituyéndola, para este propósito existe una tubería que mantiene el nivel del reservorio constante.
Figura 4: Secciones de Torre de Enfriamiento En la empresa Lácteos Pacomela CA existen dos torres de refrigeración que se utilizan para enfriar el agua proveniente de dos pasteurizadores los cuales se usan para pasteurizar la leche que próximamente será utilizada en la producción de quesos, crema y mantequilla.
En los pasteurizadores se consiguen cuatro líneas, una es de la leche que se va a pasteurizar, otra de agua fría proveniente del banco de hielo y la última de las torres de refrigeración. La figura 5 muestra un esquema con las partes de un pasteurizador de placas visto desde arriba en la cual se pueden observar tres grandes zonas: •
Zonas de recuperación de calor
•
Zona de calentamiento
•
Zona de mantenimiento a la Tª de pasteurización
Cuerpo pasteurizador
Calentamiento Recuperación de calor 2
Tubo o zona de mantenimiento a Tª de pasteurización 72 ºC, 15 s Recuperación de calor 1
Leche cruda Leche pasteurizada Fluido calefactor agua caliente
Figura 5: Diagrama de un Pasteurizador Sin embargo en los pasteurizadores que se encuentran en Lácteos Pacomela
CA se haya una nueva zona la cual lleva la temperatura de la leche a la que se necesita en cada uno de los tipos de quesos (ya que estos utilizan diferentes temperaturas para su producción) y para esto se utiliza el agua de las torres de refrigeración.
Lo primero que se realizó fue una inspección general a las torres para observar las condiciones en que se encontraba y como trabajaba, Lo siguiente fue tomar las medidas físicas de las torres, con lo cual se contó con la ayuda de un ingeniero civil que prestó sus herramientas para realizar las mediciones tanto de altura, ancho y largo correspondiente.
Los motores de las bombas que se encuentran en las torres poseen una placa de identificación, al igual que los motores de los ventiladores (estos datos fueron tomados
de un motor de ventilador que el personal de mantenimiento de la planta había sustituido pero que tiene las mismas características que los que están funcionando) ya que en todo el tiempo de pasantías no se pudo accesar al tope de las torres debido a alto nivel de corrosión que tienen las escaleras y que muy probablemente pudiera ocasionar un accidente a la persona que intentara subirlas.
Como es un circuito cerrado y las torres están en serie los caudales fueron tomados de los datos de las bombas, siendo así el caudal de entrada de la torre 1 la suma de caudales de las bombas de salida de la torre 2 y el caudal de entrada de la torre 2 es el caudal de salida de la torre 1. En cuanto a los caudales de gas en ambas torres no se pudieron calcular debido a que solamente se tienen algunos datos de los ventiladores, por lo tanto estos datos son solamente apreciativos, ya que las características obtenidas no son datos para un cálculo eficiente de los caudales.
Las temperaturas se tomaron con un termómetro de bulbo en cada una de los tanques de agua y de la entrada a la torres. Para la temperatura de bulbo húmedo se tomó un algodón y se cubrió el bulbo del termómetro con ello, luego se humedeció y se hizo mover enérgicamente en la entrada de la torre para poder obtener dicha temperatura.
Una empresa que realizó un estudio de las torres le realizó al agua una serie de análisis con lo que se obtuvieron datos físico – químico – biológico. Y por último se calcula algunos datos relevantes para el diseño de torres de enfriamiento, siguiendo las siguientes ecuaciones:
Agua de Reposición (Wm)
Wm = We + Wd + Wb
Pérdidas por Evaporación (We)
We = 0.00085*Wc*( tent - tsal ) Caudal de Entrada de Agua (Wc)
Pérdidas por Arrastre (Wd)
Wd = Wc*0.002
Purga (Wb)
Wb = We / (ciclos - 1) Ciclos = cl- recirculación / cl- reposición
Actividades Realizadas •
Presentación con la tutora industrial Ing. Marlyng Borjas.
•
Charla de Normas de la empresa Lácteos Pacomela C.A. Dictado por la
tutora industrial. •
Charla de Higiene y Seguridad Industrial para empleados dictado por la
oficina de SHA. •
Charla de productos que elaboran en la empresa Lácteos Pacomela
C.A. Dictado por la tutora industrial. •
Charla de análisis de grasas (método de herber), acidez titulable, acidez
iónica, punto crioscópico, humedad, tiempo de reducción de azul de metileno y risazurina, densidad, caseína, cloruros, estabilidad proteica todos estos realizados a la leche, crema, queso y mantequilla en varios puntos del proceso dictado por el jefe del laboratorio de control de calidad. •
Realización de análisis físico-químicos a la leche, crema, quesos y
mantequilla. •
Conocer el proceso productivo de la elaboración del queso palmita y 5
estrellas. •
Conocer el proceso productivo de la elaboración del queso mozarella.
•
Conocer el proceso productivo de la elaboración del queso pasteurizado.
•
Conocer el proceso productivo de la elaboración del queso amarillo.
•
Conocer el proceso productivo de la elaboración del queso ricota.
•
Conocer el proceso productivo de la elaboración del queso requesón.
•
Conocer el proceso productivo de la elaboración de crema y crema con ajo
y perejil. •
Conocer el proceso productivo de la elaboración de mantequilla y
mantequilla con ajo y perejil. •
Explicación de tratamiento de aguas de pozo y adecuación para la planta
dado por la tutora industrial.
•
Explicación de producción de vapor en calderas dictado por la tutora
industrial. •
Realizar análisis de pH, turbidez, sólidos totales disueltos, dureza,
alcalinidad carbonática y bicarbonática, hierro al agua del sistema de alimentación de la planta. •
Realizar análisis físico-químicas al agua del sistema de alimentación de
las calderas. •
Inspección de líneas de tuberías y flujo de las torres de enfriamiento.
•
Inspección de instrumentación y control de las torres de enfriamiento.
•
Medir las dimensiones físicas de la torres de enfriamiento y del reservorio
de agua. •
Realizar análisis físico-químicos a muestras de agua de las torres de
enfriamiento. •
Establecer los parámetros de diseño de las torres de enfriamiento.
•
Digitalizar el diagrama de flujo de procesos de las torres de enfriamiento
en Microsoft Visio. •
Digitalizar el diagrama de instrumentación y control de las torres de
enfriamiento en Microsoft Visio. •
Búsqueda de soluciones al sistema de instrumentación y control de las
torres de enfriamiento para mejorar su eficiencia. •
Búsqueda de soluciones al sistema de las torres de enfriamiento para
controlar corrosión. •
Búsqueda de soluciones de las torres de enfriamiento para mejorar el
control biológico. •
Proponer un nuevo arreglo
de líneas (alimentación, descarga,
recirculación) que aumente la eficiencia de las torres de enfriamiento. •
Redacción, elaboración, corrección e impresión del informe final de
pasantías.
Tabla 1: Cronograma de Actividades de Pasantías Cronograma de Actividades Realizadas
Tabla 2 Cronograma de Actividades Realizadas
Resultados y Discusión Existen en la planta dos torres de enfriamiento de agua con características similares entre ellas mismas, localizadas al frente de la zona de producción de queso ricota y requesón. Estas solamente están en funcionamiento cuando se encuentra pasteurizando la leche que para ser llevada a producción; accionándose por dos botones que se encuentran en un panel de control cerca de los pasteurizadores, correspondientes a cada torre (para encender tanto los ventiladores como las bombas de cada una), por lo tanto la operación es semicontinua y manual, ya que se necesita de un operador para activar las torres cuando se requieren, con lo que realizar algún tipo de automatización sería inútil para este caso ya que solamente es accionada cuando va a opera el pasteurizador. Como se puede observar en la figura 5, las torres se encuentran con solamente una cara despejada puesto a que el resto está cubierta por las secciones de requesón, lavado y maduración, con lo cual el viento es de difícil acceso a esta área.
LAVADO
REQUESÓN Y RICOTA
NUEVA SECCIÓN
TORRES DE ENFRIAMIENTO
MADURACIÓN
Figura 6: Ubicación de Torres de Enfriamiento Para producir requesón y ricota se necesita de gran cantidad de vapor de agua para calentar el suero de leche con lo cual esta área despide un volumen apreciable de vapor que escapa por las entradas de la edificación (ya que no se tienen
ventiladores que prevengan su salida por el lado de las torres) y gran parte de este vapor es aspirado por estas, por lo tanto baja la eficiencia de los equipos al tener un aire caliente como masa de enfriamiento. De la metodología realizada se obtuvieron los siguientes datos:
Tabla 3: Dimensiones de Torres Dimensiones de Torre de Refrigeración: Altura de torres
5,5 m
Ancho de torres
2,0 m
Largo de torres
2,0 m
Altura Sección abierta para ventilado
2,0 m
Ancho Sección abierta para ventilado
2,0 m
Largo Sección abierta para ventilado
2,0 m
Tipo de sección abierta
Veletas de ventilación tipo romanillas
Material de torre
Acero inoxidable
De la altura total de las torres existe una zona en la que se encuentra las ventanillas que ayudan a direccionar el aire que entra a la torre, que son los primeros dos metros de altura, con lo cual los restantes tres metros quedarían de láminas metálicas completas. En la torre 1 se observan canales de agua que corren por las paredes de las torres con lo cual se origina gran cantidad de corrosión además de presencia de moho en dichas zonas. Adicionalmente se encuentra en el fondo cabillas sin más utilidad que ser soporte al igual que dos bases de concreto transversales a las bases metálicas de las torres, debido a esto ocurre una gran cantidad de agua que se desperdicia al chocar con estas y salir de la torre en forma gotas (Se cree que estos obstáculos son los originarios de que el agua corra por las paredes, ya que en la torre 2 el agua cae sin salirse de esta).
Debido a esto se crea rocío en los alrededores del equipo con lo cual todo se humedece, ocasionando que las tuberías, equipos y accesorios que se encuentra cerca se corroan por la acción continua del agua y crea un ambiente no propicio para su operación. Al igual que a las torres se le realizaron también las mediciones a los dos tanques correspondientes, teniendo con esto los siguientes datos:
Tabla 4: Dimensiones de Tanque de Torres Altura del tanque 1
1,46 m
Ancho del tanque 1
2,39 m
Largo del tanque 1
2,39 m
Espesor de pared del tanque 1
0,17 m
Material del tanque 1
Concreto
Volumen máximo del tanque 1
613,565 m3
Altura de operación de agua tanque 1
1,30 m
Altura máxima de operación tanque 1
1,40 m
Altura mínima de operación tanque 1
0,67 m
Altura del tanque 2
1,58 m
Ancho del tanque 2
3,53 m
Largo del tanque 2
2,46 m
Espesor de pared del tanque 2
0,18 m
Material del tanque 2
Concreto
Volumen máximo tanque 2
1051,806 m3
Altura de operación de agua tanque 2
1,30 m
Altura máxima de operación tanque 2
1,40 m
Altura mínima de operación tanque 2
0,67 m
Para esta tabla 3 se consiguen tres tipos de alturas que corresponden a los controles de agua, el primero es la altura de operación en la cual se encuentra actualmente el agua y que está regulada para dicha medida.
La segunda es la altura máxima de operación que corresponde a un control de nivel máximo, para que cuando el agua llegue a esta medida salga por el orificio que conduce al desagüe y no se desborde por las paredes del tanque (Sin embargo se observa en ambos que las tuberías que conectan el desagüe con el tanque no existen por lo tanto el agua se derrama por todo el piso circundante), al mismo tiempo tampoco existe un control automático que permita que se cierren las válvulas de entrada de agua cuando estas llegan a dicha altura máxima, con lo que cuando ocurren los derrames el obrero que se haya dado cuenta apaga el sistema para prevenir que se siga desaguando o regula las válvulas de salida. Por último se consigue la altura mínima de operación que es la medida mínima que puede llegar el agua en el tanque ya que a esta altura se encuentra la tubería de succión de las bombas y que por lo tanto si se llegara a este límite las bombas se dañarían. En los tanques al igual que en las torres se consigue presencia biológica (moho, bacterias y algas) mas acentuada en estas porque es donde se reserva el agua y las condiciones mejoran para su crecimiento. También debido a que el material con que fueron construidas es de concreto y se encuentran sobre la superficie del suelo los tanques absorben todo el calor que reciben del sol y lo mantiene durante todo día, logrando así calentar el agua que se encuentra en ellas y anulando parcialmente el efecto de enfriamiento de las torres y la eficiencia cae vertiginosamente. Para obtener las características de los ventiladores se hizo uso de uno que el personal de mantenimiento había reemplazado hace mucho tiempo con lo cual se obtuvieron los siguientes datos:
Tabla 5: Especificación de Ventiladores Motores:
2 unidades por torre 5,0 hP 220 V 60 Hz 1740 rpm
Ventiladores:
6 Aspas por ventilador 80 cm de diámetro
Para las bombas se obtuvo su información de las placas de fabricación con los siguientes resultados:
Tabla 6: Especificación de Bombas Motor Torres:
1 bomba (1 torre 2) 7,5 hp 220 V 2 bombas (1 torre 1, 1 torre 2) 5 hp 220 V
Los caudales correspondientes a las entradas y salidas de las torres fueron dados bajo los estándares de volúmenes que usualmente registran estas bombas, estos datos fueron aportados por el personal de mantenimiento, con lo cual la bomba de 7,5 hp trabaja con un caudal de aproximadamente 21000 l/h y la de 5 hp con 19000 l/h, estos números son solamente referenciales ya que no pueden ser tomados enserio para cálculos de torres de enfriamiento. El sistema de torres de enfriamiento es un circuito cerrado, ya que las torres se disponen en serie y la salida de la torre 2 se recircula luego de haber pasado por los pasteurizadores de nuevo a la torre 1, por lo tanto los caudales registrados en la tabla 6
son una aproximación de lo que debe estar llegando y saliendo de las torres, sin embargo no pueden ser tomados enserio para los cálculos de las torres.
Tabla 7: Datos de Agua de Entrada y Salida de las Torres Agua de Entrada: Torre 1
48 ºC
Torre 2
35,2 ºC
Caudal (supuesto por las bombas) Torre 1
40 m3/h
Caudal (supuesto por las bombas) Torre 2
19 m3/h
Agua de Salida: Torre 1
39 ºC
Torre 2
31 ºC
Caudal (supuesto por las bombas) Torre 1
19 m3/h
Caudal (supuesto por las bombas) Torre 2
40 m3/h
Se observa un incremento de temperatura entre la salida de la torre 1 y la entrada de la torre 2 (las cuales por secuencia deberían ser muy próximas), esto ocurre por todo el calor aportado por las paredes del tanque de la torre 1.
Tabla 8: Datos de Aire de Entrada Temperatura Ambiental
29,8 ºC
Temperatura de Bulbo húmedo
26,9 ºC
Entalpía de Saturación
85,5 kj/kg
Humedad Relativa
80%
Volumen
-0,025 m3/kg
Desviación de Entalpía
0,88 kj/kg
Con respecto al aire se tomaron las temperaturas y los resultados estuvieron muy distante de los obtenido en las torres, con lo cual se observa que las torres no están trabajando eficientemente, ya que ni siquiera se aproximan a la temperatura de
bulbo húmedo (que es lo máximo a la cual puede acercarse), en cuanto a los caudales no existió ninguna fuente de donde obtener su capacidad y tampoco como medirla, ya que si se calcula por medio de los ventiladores los errores obtenidos van a ser muy grandes y no sería nada útiles en los cálculos para las torres. Al igual que las propiedades de salida del aire no pudieron ser tomadas ya que no se llegó al tope de la torre por las escaleras corroídas. Para resolver los problemas químicos y biológicos la empresa GCS Corporation
CA, realizó una serie de análisis al agua de las torres de enfriamiento y al de alimentación para así poder recomendar un programa de mantenimiento usando sus productos. Los resultados se encuentran en el anexo 1, en los que se detalla la gran concentración de dureza y cloruros que se encuentran en el agua de las torres al igual que los sólidos totales disueltos. Con estos datos la empresa sugirió utilizar tres químicos que ellos mismos venden, dos como desincrustante y otro como descoagulante, dando también las dosis recomendadas para su uso y la purga que debían tener. Realizando un estudio de estos productos se observó que no resolvían el problema principal que es el biológico, ya que ninguno de los tres productos es un biosida, segundo la utilización de dos desincrustante es ineficiente ya que la dureza solamente sería un problema si en el sistema hubiese zonas realmente calientes y el único que se tomaría en cuenta fue el descoagulante ya que viendo la alta concentración de sólidos totales disueltos sería útil. Realizando un cálculo del tiempo que duraría los productos con las dosis recomendadas se notó que solamente duraría para 21 días lo presupuestado y que el gasto sería de alrededor de 21 mil bolívares, con lo cual no fue para nada rentable la oferta realizada por dicha empresa y quedó totalmente descartada. Para el rearreglo de las líneas se realizó un estudio de las necesidades de las torres con lo cual se apreció la utilidad de mantener el sistema tanto en serie como en paralelo logrando esto solamente con la apertura o clausura de algunas válvulas.
También se mantuvo la independencia de las torres, ya que si una sale de operación la otra puede muy bien funcionar sola, con todas las condiciones de recirculación, purga, alimentación de agua fresca, etc. Con ello se buscó la simplicidad para así poder reconocer las líneas mas fácilmente y no tener pérdidas de energía por fricción u cualquier otro medio. Algunos datos importantes en el diseño de las torres se calcularon y se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla 9: Datos Adicionales para Torres Torre 1: Pérdidas por Evaporación
0,1494 m3/h
Pérdidas por Arrastre
0.07992 m3/h
Ciclos /Purga
4 Ciclos / 0.04968 m3/h
Reposición
0.279 m3/h
Pérdidas por Evaporación
0,11016 m3/h
Pérdidas por Arrastre
0.03816 m3/h
Ciclos /Purga
4 Ciclos / 0,03672 m3/h
Reposición
0.18504 m3/h
Torre 2
Conclusiones
El sistema de torres de enfriamiento de LACTEOS PACOMELA CA, se encuentra bastante deteriorado debido a la falta de un buen sistema de control y mantenimiento tanto biológico como químico, obteniendo así una operación poco eficiente con grandes desperdicios de energía y recursos. Sin embargo todos estos problemas tienen solución a corto y mediano plazo, realizando un buen plan de mantenimiento y monitoreando continuamente las condiciones del sistema. Para la realización de los cálculos referentes a las torres se deben tener todos los datos correspondientes a ellos, con lo cual no se pudo obtener muchas variables de diseño debido a la falta de medidores y a las riesgosas condiciones en las cuales podrían ser tomadas algunos y adicionando el no tener ninguna referencia previa de su diseño. Con estas prácticas profesionales se pudo proponer soluciones para mejorar la eficiencia del sistema de torres de enfriamiento lo cual afecta directamente la calidad de la pasteurización y del proceso en general.
Recomendaciones
Colocar un control de nivel de agua conectado con la entrada de agua caliente a la torre.
Retirar las dos bases de concreto y los tubos internos que se encuentran en el tope del tanque de la torre 1.
Bajar el sistema de control de nivel de agua nueva al menos 10 cm más que el actual. También que se instale nuevamente la tubería del control de nivel máximo (esto para las dos torres)
Realizar una limpieza al sistema de torres de refrigeración, ya que se encuentran corroídas, con presencia de moho y bacterias, reforzando las placas metálicas con un anticorrosivo sobretodo en las zonas de soldadura y doblez, ya que en estas zonas es donde hay mayor corrosión.
Al igual añadir al agua un biosida que prevenga la aparición de moho y bacterias, un anticoagulante que permita que el lodo retenido en el fondo del tanque no cause problemas y un producto para disminuir drásticamente la concentración de cloruros presentes en el agua.
Cambiar las válvulas que operan en todo el sistema ya que se encuentran corroídas y no realizarán sus funciones cuando se necesiten.
Aplicar las mejoras realizadas en el sistema de tuberías ya que es mas simple y permite una reducir las pérdidas de energía ocasionadas por la fricción.
Reposicionar las torres de enfriamiento ya que en su actual lugar es de difícil ventilación de aire fresco (se sugiere el área que está al lado del tanque de
reservorio agua tratada) o en menor medida colocar ventiladores en la salida del área de requesón y ricota.
Cerrar el tope de la torre con los ventiladores para optimizar la aspersión de aire.
Colocar un eliminador de gotas en el tope de la torre
Colocar medidores de caudales en las tuberías de entrada a las torres con el fin de saber los caudales correspondientes.
Contar con equipos de medición de humedad para conocer los datos correspondientes al aire.
Pintar las tuberías en entrada de agua fresca, agua de alimentación y agua de salida para reconocerlas mas fácilmente.
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Anexos
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