2015 UNALM Eduardo Liza Díaz Mayra Güisa Salazar Vanessa Alvarez Murgueytio Oscar Barrera Palacios
[VISITA A LA PLANTA PILOTO P ILOTO DE LECHES (PPL)] (PPL)] Visita realizada el día 16 de Abril del 2015 con el fin de conocer el funcionamiento de la maquinaria empleada en la producción de leche y productos lácteos de la UNALM.
I.
INTRODUCCIÓN
La industria láctea es una de las principales industrias de alimentos en el país. Existen empresas nacionales que usan tecnología de avanzada para el procesamiento de sus productos; incluso, muchos de los derivados lácteos producidos en el país son exportados a otros países de América Latina. La Planta Piloto de Leche, ubicada en las instalaciones de la Universidad Nacional Agraria La Molina, la cual fue construida con la finalidad de fortalecer la formación de los profesionales de la Universidad Agraria La Molina e incentivar la investigación y el desarrollo del sector. La Planta Piloto de Leche, posee dos líneas de producción: la línea de producción principal que se encarga de pasteurizar y embolsar la leche, y la segunda, dedicada a la fabricación de derivados lácteos como: yogures leche chocolatada, quesos y mantequilla. También posee un pequeño laboratorio donde se realizan análisis de control de calidad, análisis fisicoquímicos como: acidez, pH, densidad, temperatura y porcentaje de grasa; y análisis microbiol m icrobiológico. ógico.
II.
OBJETIVOS
Los objetivos de la vista a la PPL fueron:
Conocer
las diversas máquinas y/o equipos que que se utilizan en las líneas de
transformación de alimentos de la Planta Piloto de Leches de la Universidad Nacional Agraria La Molina.
Conocer la distribución de las máquinas y/o equipos según las áreas que van desde la recepción hasta el almacenamiento.
III.
UBICACIÓN O LUGAR DE LA VISITA
3.1. Lugar de la visita: Planta Piloto de Leches (PPL) en la UNALM
Figura 1. Mapa de ubicación de la PPL dentro de la UNALM. (Fuente: Google Maps, 2015)
3.2.
Fecha de ejecución: Jueves 16 de Abril del 2015.
IV.
DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y/O MÁQUINAS
La Planta Piloto de Leche posee una capacidad de 1500 Litros por hora, la leche cruda es obtenida de la Unidad de Zootecnia, siendo el proveedor de leche de la Planta Piloto. El recorrido de la planta e inicio de las operaciones empieza cuando se da la recepción de la leche, para esto podemos separar la planta en diferentes zonas y áreas: Primero se da una 1) Zona de recepción de leche 2) Zona de procesamiento de leche (zona principal) 3) Zona o área de quesos 4) Zona o área de mantequilla 5) Zona o área de yogurt 6) Cámara de refrigeración y cámara de congelación (estas solo pudieron visualizarse por fuera) 7) Sala de tanque de agua refrigerada. 8) Sala de calderos 9) Sala de ablandamiento de agua
En la figura 2 se muestra la distribución de las zonas en la planta piloto de leche.
Figura 2. Distribución de zonas en la PPL. (Fuente: Ludeña et al., 2015)
4.1. ZONA DE RECEPCIÓN Los equipos vistos en la zona de recepción fueron los siguientes:
4.1.1. Balanza Se recibe la leche en una balanza (figura 3), que posee un tanque receptor y en la parte superior se encuentra el visor de las medidas, la leche primero pasa por un filtrado grosero, con el uso de una tela, para evitar ingreso de material extraño (piedras, pajas, moscas, etc), La leche que ingresa es pesada y pasa a los tanques de recepción de leche. A este equipo se le da una calibración cada 6 meses.
Figura 3. Balanza de leche cruda de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia) 4.1.2. Tanques de recepción de leche cruda Se posee dos tanques de recepción (Figura 4), estos son abiertos y permiten recibir la descarga de leche de la balanza, estos son dos tanques juntos con una capacidad de 750 kg cada uno, estos son ayudados por una bomba centrifuga (de acero inoxidable) que se ilustra en la figura 5, la cual ayuda a impulsar la leche hacia la siguiente fase que es un filtrado.
Figura 4. Tanque de recepción de la leche. (Fuente: Propia)
Figura 5. Bomba centrífuga protegida del agua. (Fuente: Propia) 4.2.
ZONA DE PROCESAMIENTO DE LA LECHE
4.2.1. Filtro La planta piloto en la línea de leche pasteurizada cuenta con 2 filtros, el primero (figura 5) va después de la operación de recepción de la leche cruda, este tiene como objetivo retener impurezas groseras, este equipo posee pernos en la parte superior o tapa para poder asegurarlo, interiormente posee 10 mallas cruzadas que actúan como tamices permitiendo retener.
Figura 5. Filtro de leche cruda de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia)
El segundo filtro (figura 7) se usa después de que la leche va a un tanque de leche pasteurizada, que se usa para almacenar la leche para la pasteurización.
Figura 6. Segundo filtro de la PPL. (Fuente: Propia) Los filtros en la Industrias Alimentaria pueden estar elaborados con mallas de poliéster, nylon o acero inoxidable. En líneas generales los utilizados para alimentos líquidos son: Filtros tipo cartucho (más usados en industria láctea) y filtros bolsa. (Ludeña et.al., 2014).
4.2.2. Intercambiador de Calor Luego que la leche es filtrada se necesita de un intercambiador de calor para permitir que la leche que ingrese con una temperatura mayor a 4°C, entre 7 a 8°C puede estar la temperatura adecuada, y por eso la enfría, este intercambiador de calor a su vez también se usa para el calentamiento de la leche, ya que cuando se desea descremar si es que entra leche con un porcentaje de grasa mayor al requerimiento, para esto es importante la presencia de calor en la leche. El intercambiador de calor con el que se cuenta en la PPL se muestra en la figura 7.
Figura 7. Intercambiador de calor de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia) Según Fellows (2007), un intercambiador de calor de placas es un equipo que posee en una serie de planchas verticales de acero inoxidable montadas en un soporte. Las placas forman canales paralelos por los que el alimento líquido y el medio de calentamiento (agua o vapor) son bombeados en contracorriente por canales.
4.2.3. Descremadora o Centrífuga La descremadora en la Planta Piloto de leche, que se muestra en la figura 8, es necesaria para separar la nata o grasa de la leche, y así poder obtener una leche baja en grasa o dar uso a la nata para elaboración de mantequilla. Si la cantidad de grasa en leche supera al 3%, entonces se dice que ya tiene exceso, por lo cual debe retirarse Este equipo posee una capacidad de 1500 kg por hora. Este equipo es en sí una centrifuga de platos o discos, Fellows (2007) indica las características de este equipo, el vaso principal mide 0.2 - 1.2 m de diámetro, este contiene un conjunto de conos metálicos invertidos y apilados que poseen agujeros. La
separación que existe entre cada cono es fija y está en un rango de 0.5-1.27 mm, la velocidad de rotación de este equipo es de 2.000-7.000 rev min -1.
Figura 8. Descremadora de leche de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia) La presencia de los agujeros en los conos de esta centrifuga es de una misma posición, teniéndose así un orificio que atraviesa todos los conos, siendo por aquí por donde el líquido fluye durante la centrifugación. El líquido a centrifugar se introduce por la parte inferior de la pila de conos. Durante la centrifugación la fracción más densa (impulsada por la fuerza centrífuga) se desplaza hacia la pared del vaso por la cara inferior de los discos y la fracción más ligera hacia el eje v ertical por la cara superior de los mismos. Los flujos de ambos líquidos emergen de la centrifuga por un sistema complejo situado en su parte superior.
4.2.4. Tanque isotérmico Estos tanques permiten almacenar la leche recepcionada que ya paso por un filtrado, posible descremado y a la temperatura adecuada (4°C). Ludeña et.al (2015) indican que estos tanques deben ser de acero inoxidable, cerrados de posición vertical u horizontal, con un medidor de volumen y temperatura.
Figura 9. Tanques receptores isotérmicos de leche cruda de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia) Los tanques son fabricados de modo que mantengan la leche a 4°C por lo menos durante 20 horas, estos tanques deben ser aislados isotérmicamente frente a la pérdida o entrada de calor, para lo cual entre las dos paredes se coloca un aislamiento de 70 a 100mm de espesor. El fondo de los depósitos tiene una inclinación del 6% hacia la tubería de descarga de la leche, para facilitar su salida. Estas uniones deben ser soldadas y pulidas y presentar resistencia a la corrosión y a la rotura.
En la Planta Piloto de Leche existen 2 tanques en la planta, uno de 3000 y 1500 litros que se muestran en la figura 9.
4.2.5. Pasteurizador de placas Para el proceso de pasteurización la leche del tanque isotérmico pasa a un segundo filtrado (siendo el mismo equipo que se necesita para el primer filtrado), y luego da entrada al pasteurizador donde se busca la eliminación de microorganismos patógenos.
Figura 10. Pasteurizador de placas, y vista de todo el sistema de pasteurización de le leche cruda de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia) Fellows (2007) indica que el funcionamiento del pasteurizador, el líquido es calentado hasta la temperatura de pasteurización en la sección de calentamiento y mantenido a esta temperatura durante el tiempo necesario para completar el tratamiento en el tubo de mantenimiento. Si la temperatura de pasteurización no se ha alcanzado, una válvula de desviación de flujo,
desvía
automáticamente
el
alimento
al
tanque
de
regulación
para
ser
repasteurizado. El producto pasteurizado es seguidamente enfriado en la sección de regeneración (que precalienta simultáneamente el flujo de entrada). Por último, el
producto se enfría con agua fría y, si es necesario, con agua pre-enfriada en la sección de enfriamiento. La regeneración del calor por este sistema permite un ahorro energético sustancial ya que se recupera el 95% del calor utilizado. El equipo que se usa en la PPL, ilustrado en la figura 10, tiene diversas entradas de agua y vapor, la indican en las tuberías bajo una flecha blanca para agua fría, flecha roja para vapor del caldero, y la flecha verde que indica que es agua blanda. El caudal de trabajo de este equipo es de 1500 kg por hora. El agua helada proviene del sótano donde se encuentra el tanque de agua helada.
4.2.6. Homogenizadora La planta de leche cuenta con un homogenizador de leche (figura 11), que busca romper los glóbulos de grasa de la leche y así evitar la formación de una capa de nata en la leche pasteurizada este opera a una presión de 150 bar y a una temperatura de 65°C, esta temperatura se logra en el pasteurizador donde se deriva la leche a esta temperatura luego de pasar por la zona de regeneración y pasa a la homogenizadora y luego regresa para ser pasteurizada a los parámetros requeridos.
Figura 11. Homogenizadora de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia)
Es en sí un proceso paralelo. Fellows (2007), describe un tipo de homogeneizador a presión de dos etapas el cual trabaja con presiones desde 100-700 bar, la cual está dotada de una válvula de homogenización en la boca de descarga. Al bombear el líquido existente entre la válvula y su asiento la elevada presión que se genera mueve el líquido a gran velocidad a la salida de la válvula, de modo que la velocidad de movimiento cae bruscamente y la extrema turbulencia que se produce genera una intensa fuerza de cizalla. Así mismo se menciona que en los productos lácteos se tiende a producir una distribución inadecuada de los glóbulos de grasa después de esto, es por eso que una segunda válvula semejante a la primera instalada en el trayecto del líquido se encarga de romper estos agregados.
4.2.7. Tanque de recepción de leche pasteurizada Este tanque (figura 12) es similar a los tanques isotérmicos, ya que se encargan de mantener la leche a una temperatura de refrigeración pero para una leche ya pasteurizada, este equipo permite tener la leche almacenada mientras se da el proceso de embolsado, también se le llama “tanque pulmón” ya que permite mantener la leche ante cualquier inconveniente ya que el proceso de embolsado es continuo al final de obtener la leche pasteurizada a 4°C.
Figura 12. Tanque de leche pasteurizada de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia)
4.2.8. Embolsadora de Leche Pasteurizada. Esta operación es la que da finalizado el procesamiento de la leche antes de ser llevado a almacenamiento, este equipo trabaja con energía eléctrica energía eléctrica y aire comprimido, el aire nos sirve para el trabajo de los pistones o sellado, tiene un selladora horizontal móvil, el cual sube, atrapa la bolsa y la jala, a medida que va jalando se dosifica el volumen de leche necesario para la presentación del producto, el caudal con el cual trabaja es de 1500 bolsas por hora. Fellows (2007), indica que este equipo se conoces como conformado-llenado-sellado (FSS), ya que se arman las bolsas donde se llenara el alimento, y que después de llenado será sellado, sin embargo se recomienda que no se utilice para alimentos líquidos, ya que podrían manchar la zona de cierre . Esta máquina está ilustrada en la figura 13.
Figura 13. Embolsadora de leche pasteurizada de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia)
4.3.
ZONA DE QUESOS
4.3.1. Tinas con chaquetas En la planta piloto de leche, en el área de quesos se encuentran ubicadas dos tinas queseras de 1000 L de leche y otras 2 tinas de 280 L de leche, las tinas cuentan con una chaqueta por la cual ingresa vapor, lo que ayuda a calentar la leche a la temperatura deseada, en el caso de queso fresco es de 35°C. No cuentan con agitadores ni termómetros, o medidores de nivel. Sólo poseen una salida en la parte inferior regulada por una llave, además la base de la tina está inclinada para facilitar la salida del producto. La leche pasteurizada pasa por una tubería y llega a esta zona. Se realizan tres tipos de queso: Freso, Ricotta y Mozarella
Figura 14. Tinas con chaqueta de 280 L del área de queso de la PPL. (Fuente: Propia) Es un sistema completo de conexiones de tuberías y mangueras, construida en acero inoxidable, tiene material aislante (de buen grosor), para que el inóculo tenga el medio adecuado y para esto la temperatura no puede variar, también contiene un elevación para facilitar la salida del suero. Sirve para la elaboración de diferentes quesos tales como: frescos no madurados, de pasta blanda, pasta firme, quesos procesados o fundidos además para la elaboración de yogurt (Escobar, 2013).
En la figura 14 se puede observar las tinas con chaqueta de 280 L y en la figura 15, la tina de 1000 L de capacidad del área de queso de la Planta Piloto de Leche.
Figura 15. Tanque de 1000 L de la PPL. (Fuente: Propia)
4.3.2. Recipiente de agua pasteurizada. Para fines de lavados se requiere agua pasteurizada para los moldes. Es una unidad con recipiente en acero inoxidable. Cuccolini (2005) indica que algunas presentan un agitador en acero o 2 agitadores en acero inoxidable con casquillos de altura regulable.
Figura 16. Tanques o recipientes para agua pasteurizada. (Fuente: Cuccolini, 2005)
4.4. ZONA DE MANTEQUILLA 4.4.1. Bombo o batidora para mantequilla Según lo explicado en el área de mantequilla, La batidora es de forma cilíndrica la cual cuenta con dos paletas, da una vuelta por segundo y las paletas van golpeando a la crema, después de 40 minutos se rompe a emulsión, a un lado queda una masa y al otro el suero. Hay una manguera por donde sale el suero. El rendimiento que tiene es de aproximadamente 40%. Se lava con agua helada para que salga la grasa. Para hacer la mantequilla se añade sal 1 a 2%. Los Bombos o batidoras son usados para el batido de la nata y el amasado de la mantequilla. Hay de diversas capacidades (9 a 32 L), es de acero inoxidable, con tratamiento interior para evitar que la nata se pegue. Los rodillos desmontables, con mando desde el exterior (Ferreyros, 2011). En la figura 17 se pueden observar la batidora del área de mantequilla de la Planta Piloto de Leche (PPL).
Figura 17. Bombo o Batidora para mantequilla. (Fuente: Propia)
4.5.
ZONA DE YOGURT
4.5.1. Tanque isotérmico con agitador El agitador de la Planta Piloto de Leche, se encuentra en el área de elaboración de yogurt, tiene una capacidad de 1500 kg. En este tanque se puede realizar también la incubación. Tiene unos agitadores de tipo ancla. Aquí se realiza la estandarización para que tenga los sólidos solubles que debe tener el producto final. Los otros dos tanques tienen agitadores de tipo hélice. Tienen una capacidad de 200 kg. Tiene una bomba de tipo lóbulos. Esta bomba tiene impulsor de forma hojas de trébol. Esto sirve para poder trasladar del tanque de mayor capacidad a los de menor capacidad.
Figura 18. Tanque isotérmico con agitador similar al observado en la PPL. (Fuente: BIASINOX, 2010) De acuerdo a Rosado y Rosado (2013) los tanques isotermos mantienen a la leche a la temperatura que llega a él gracias a una doble pared con aislamiento. También mencionan que debido a la agitación que aplican los agitadores se consigue evitar la
separación de la grasa de la leche hasta que esta sea homogeneizada. Estos tanques disponen de diferentes sondas que indican cuando el depósito está lleno y cuando está vacío (sondas de nivel), también tienen controles de temperatura interior (sonda de temperatura) y de los litros que hay dentro (indicador de nivel). Constan de una abertura en la parte posterior conocida como boca de hombre, la cual no es más que una compuerta para poder acceder al interior del tanque (Rosado y Rosado, 2013). Según la ficha técnica para un tanque isotérmico con agitador de Maquinaria JERSA, la maquinaria almacena y procesa productos líquidos y semilíquidos tales como jugos, néctares, bebidas no carbonatadas, leche y yogurt, entre otros, por medio de calentamiento con vapor. Su sistema de agitación asegura el calentamiento y la mezcla homogénea. Su sistema de cerrado impide la contaminación. Consta de un cuerpo cilíndrico vertical enchaquetado, con aislamiento térmico en lana mineral y forro en lámina de acero inoxidable. Cuenta con agitador y válvula de descarga central. Su diseño permite una fácil y rápida limpieza del equipo. Dentro de sus características tiene un aislamiento térmico en lana mineral y forro en acero inoxidable. La tapa bipartida abatible. Las especificaciones técnicas son agitador tipo aspas con motos trifásico de 1.5 HP, la base tubular con bridas para nivelación y anclaje.
4.6.
SALA DE TANQUE DE AGUA REFRIGERADA
4.6.1. Tanque de agua helada Esta maquinaria se encuentra en sótano de la Planta Piloto de Leche. El tanque (figura 19) provee agua helada para máquinas como el intercambiador de calor ya que durante la pasteurización de la leche, utilizan agua caliente y agua fría que pasa por las placas del intercambiador. El agua proveniente del tanque de agua helada, en las tuberías de la planta se le puede identificar con flechas de color azul. Los tanques refrigeradores de agua, que también se suelen llamar fuentes de agua, se utilizan en numerosos espacios para enfriar el agua potable hasta una temperatura similar a la del agua helada (Whitman y Johnson, 2000). Whitman y Johnson (2000) también indican que la parte de la aplicación que realiza la refrigeración es un pequeño sistema hermético compacto que consta de un compresor, un condensador enfriado por aire normal, con un ventilador, y un evaporador. Mencionan que el evaporador es la única pieza esencial de este sistema de refrigeración, y suele ser hecho de un material no ferroso, como de cobre, bronce o acero inoxidable. Los tanques refrigeradores de agua
tienen que estar en buenas condiciones higiénicas, por lo que la elección del tipo de tanque es importante (Whitman y Johnson, 2000)
Figura 19. Tanque de Agua Helada de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia)
4.7.
SALA DE CALDEROS
4.7.1. Tanque pirotubular El tanque pirotubular de la planta de leche tiene la función de proporcionar el vapor de agua que luego será destinada para el intercambiador de calor y como medio de limpieza de la planta. El vapor de agua es usado para la limpieza como por ejemplo de los tanques de recepción, tanques de transición, etc. El vapor de agua es proveniente del agua blanda
proporcinada
por
el
ablandador.
El
tanque
pirotubular se encuentra a las afueras de la planta y se ilustra en la figura 20.
Figura 20. Tanque Pirotubular de la Planta Piloto de Leche. (Fuente: Propia)
4.8.
SALA DE ABLANDAMIENTO DE AGUA
4.8.1. Ablandador de agua El ablandador de agua de la planta de leche, se encuentra en la parte exterior, lejos de la línea de producción. Se ilustra en la figura 21. Esta maquinaria es usada para disminuir el contenido de sales que existen en el agua. Las sales se adhieren a las tuberías de agua caliente y también a las paredes de las maquinarias. Con la reducción de sales, permite la prevención de formación de incrustaciones en las maquinarias de la planta.
Figura 21. Ablandador de Agua. (Fuente: Propia)
V.
CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS SEGÚN SU USO PROBABLE:
Se pueden clasificar según su tratamiento de destino, teniendo así:
5.1. Leche de consumo
Balanza
Tanques de recepción
Filtro de leche cruda
Descremadora
Enfriador de placas
Tanque isotérmico de leche de 3000 L
Tanque isotérmico de leche de 1500 L
Filtro de leche para pasteurización
Pasteurizador de placas
Homogenizadora
Tanque de leche pasteurizadora de 2000 L
Envasadora automatizada
5.2. Sala de Queso
Tinas de queso de 280 L
Tina de queso de 1000 L
Calentador de agua
5.3. Sala de Mantequilla
Batidora de mantequilla
Mesa de trabajo
5.4. Sala de Yogurt
Tanque de fermentación
Marmitas
Dosificador
5.5. Servicios complementarios de la Planta Piloto de Leche (PPL)
Ablandador de agua
VI.
Caldero
CONCLUSIONES
Se logró reconocer las diferentes maquinarias de la Planta Piloto de Leche (PPL) de la Universidad Nacional Agraria La Molina, sus usos y aplicaciones.
Se logró clasificar las diversas maquinarias observadas en las diferentes áreas de la industria lechera.
Todas las maquinarias dentro de la Planta Piloto de Leche observadas se encuentran en estado operativo.
VII.
BIBLIOGRAFÍA
BIASINOX.
2013.
Tanques
–
tanques
verticais.
Disponible
en:
http://www.biasinox.com.br/tanques_aco_inox.asp?codigoCat=9&codigoSubcat=19 . Revisado el 22/04/2015.
Cuccolini,
S.
2005.
Depósitos
en
acero
inoxidable.
Disponible
en:
http://www.directindustry.es/prod/cuccolini/deposito-acero-inoxidable-agitador64574-583134.html . Revisado el: 21/04/2015.
Escobar, R. 2013. Catálogo de maquinaria
para procesamiento de lácteos.
Disponible
en:
https://energypedia.info/images/c/c2/Maquinaria_para_L%C3%A1cteos.pdf . Revisado el: 21/04/2015.
Fellows. 2007. Tecnología del procesado de los alimentos: Principios y práctica. 3ra ed. Barcelona, ES. Editorial Acribia.
Ferreyros, A. 2011. Ingeniería y maquinaria para la industria láctea. Disponible en: www.improlac.com/pdf/MANTEQUILLA.pdf . Revisado el: 20/04/2015
Ludeña F, Chirinos R, Gutierrez L. 2015. Guía de Tecnología de Leche. Departamento de Tecnología de Alimentos y productos agropecuarios. Facultad de Industrias Alimentarias. Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima. Perú.
Maquinaria JERSA. Tanque de Proceso Modelo L. Consultado: 21 de abril del 2015. Link: http://www.logismarket.com.mx/ip/maquinaria-jersa-tanques-fichatecnica-tanque-de-proceso-836074.pdf. Rosado, P; Rosado, J. 2013. Tratamientos previos de la leche: INAE0209. Málaga, ES. IC Editorial. 320 pp.
