Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRONICA
IMPLEMENTACIÓN DE UN TANQUE DE ENFRIAMIENTO PARA EL ALMACENAMIENTO DE LECHE EN LA LOCALIDAD DE TUTI
MODALIDAD : Proyecto
AUTOR : Dueñas Guardia Victor
ASESOR : Nancy Orihuela Ordoñez
CURSO : Proyecto
FECHA : Arequipa, Enero 2012
Proyecto 2012
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO...........................................................................................................................3
1. Título:.......................................................................................................................................................3
2. Ubicación Geográfica...............................................................................................................................3
3. Descripción de la Situación Actual...........................................................................................................3
4. Problema:.................................................................................................................................................3
2.1. Contexto y caracterización del problema:........................................................................................3
2.2. Formulación del problema:...............................................................................................................5
5. Objetivos del Proyecto:............................................................................................................................5
3.1. Objetivo General:.............................................................................................................................5
3.2. Objetivos Específicos:......................................................................................................................5
4. Sistema Planteado:...............................................................................................................................6
5.1. Diagrama de Bloques del Sistema:....................................................................................................7
5.1.1. Etapa 1:.........................................................................................................................................7
- Bombas:............................................................................................................................................7
- Mezcla Frigorífica:............................................................................................................................9
- Tanque Isotermo:...........................................................................................................................11
- Sistema de Control:........................................................................................................................12
5.1.2. Etapa 2:.......................................................................................................................................13
- Extracción:......................................................................................................................................13
- Limpieza:........................................................................................................................................13
6. Medidas del Tanque Isotermo:..............................................................................................................15
7. Plano de Distribución:............................................................................................................................17
8. Presupuestos:.........................................................................................................................................18
9. Resultados Esperados:...........................................................................................................................20
10. Conclusiones y Recomendaciones:....................................................................................................21
11. Anexo 1:.............................................................................................................................................22
11.1. Identificación de los Participantes:................................................................................................22
12. Anexo 2:.............................................................................................................................................23
12.1. Informe Planta de Lácteos:............................................................................................................23
Página 2
Proyecto 2012
Página 3
Proyecto 2012
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
1. Título:
Implementación de un tanque de enfriamiento para el almacenamiento de leche en la localidad de
Tuti.
2. Ubicación Geográfica
Departamento
Provincia Distrito Localidad
AREQUIPA CAYLLOMA TUTI TUTI
3. Descripción de la Situación Actual
Tuti, es un distrito que se encuentra ubicado en la parte Norte de la capital de la Provincia de
Caylloma. Sus coordenadas geográficas se encuentran entre los 15° 32’ 58.22” de latitud sur y
71°32’ 59.80” de Longitud Oeste, geográficamente localizada a una altitud de 3,799 msnm.
Tiene zonas Agro – Ecológicas destinadas a la producción agrícola, pecuaria, artesanía y otras
actividades rurales. El distrito de Tuti, se encuentra a una distancia de 178 Km. de la ciudad de
Arequipa.
En el campo de la ganadería, el centro poblado produce leche, queso y carne para el consumo
además existe una pequeña planta de lácteos, administrada por la municipalidad de Tuti, que
produce y vende productos lácteos a pequeña escala.
4. Problema:
2.1. Contexto y caracterización del problema:La cantidad de leche obtenida diariamente es alrededor de los 800 litros. La administradora de la
planta nos planteaba la necesidad de almacenar la leche durante 2 o 3 días ya que le sería más
fácil trabajar con mayores cantidades de leche para economizar el tiempo.
Página 4
Proyecto 2012
La cantidad de horas que se destina a la producción de quesos es de aproximadamente 5 horas
diarias y durante la tarde, si se tuviera mayor cantidad de leche, se podría trabajar en la
producción durante todo un día, y los otros dos días restantes destinarlos a otras actividades.
El almacenamiento del ordeño en la granja y el tiempo tomado para llegar del productor al
consumidor da a las bacterias la ocasión de aclimatarse y de crecer en este líquido muy nutritivo.
Es un problema el mantener la calidad de la leche en el nivel del tiempo de ordeño. Si bajamos la
temperatura de la leche almacenada, los procesos químicos y el crecimiento microbiológico se
retardarán, deteniendo la reducción en calidad.
2.2. Formulación del problema:Vista la mayor capacidad de producción de quesos que se puede lograr con una mayor cantidad
disponibilidad de leche, es necesaria la implementación de un tanque de enfriamiento para el
almacenamiento de la leche.
Con el tanque de enfriamiento de la leche se logra:
- Inhibir el crecimiento bacteriológico
- Ampliar el almacenaje en la planta para economizar el tiempo en la producción de quesos.
5. Objetivos del Proyecto:
3.1. Objetivo General:
Diseño de un tanque de enfriamiento para el almacenamiento de leche destinada a la producción
de productos lácteos en la localidad de Tuti.
3.2. Objetivos Específicos:
La completa higiene en todos los aspectos de la producción de leche es esencial en la producción
de la leche de la calidad. Un aspecto crítico es asegurarse de que el crecimiento de bacterias
durante el intervalo del almacenaje debe también ser inhibido. A la temperatura del cuerpo, las
bacterias en la leche se multiplicarán muy rápidamente e incluso la leche con una cuenta inicial
baja de bacterias se agriara rápidamente.
Página 5
Proyecto 2012
La leche producida bajo condiciones higiénicas conservará la buena calidad por un período de
hasta 15 a 20 horas. Sin embargo, es no solamente la temperatura del almacenaje que es
importante; el tiempo de enfriamiento para alcanzar la temperatura del almacenaje, normalmente
4 °C, es también crítico. Los tanques de enfriamiento de leche se han diseñado especialmente para
enfriar la leche a 4 °C dentro de un período específico.
4. Sistema Planteado:
El sistema planteado cuenta con un tanque isotermo cuya finalidad es el almacenamiento de la
leche a una temperatura de 4°C una vez iniciado el sistema de enfriamiento.
El sistema de enfriamiento cuenta con un recipiente que contiene una mezcla frigorífica, esta
mezcla es introducida en la chaqueta del tanque isotermo para que realice el enfriamiento.
El sistema además cuenta con dos sensores, uno ubicado en el tanque isotermo destinado
obtener la temperatura de la leche y otro sensor para detectar el nivel de la mezcla frigorífica.
El microcontrolador es el encargado de controlar el sistema, cada vez que se eleve la
temperatura por encima de los 4°C, enciende el motor que introducirá la mezcla frigorífica
dentro de la chaqueta del tanque, además encenderá un agitador que se encargara de que la
leche se enfríe de manera uniforme.
Página 6
Proyecto 2012
5.1. Diagrama de Bloques del Sistema:
*En los bloques sombreados es donde se tiene el Sistema de Control.
Nuestro sistema planteado está dividido en 2 etapas:
5.1.1. Etapa 1:En esta etapa se llevará a cabo el almacenamiento de la leche y el control de temperatura.
- Bombas:
Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas rotatorias
perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de
impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrífuga que se
genera cuando giran las paletas.
Página 7
Ingresa la leche recolectada al tanque
Se enciende el agitador
Se enciende la unidad de
enfriamiento dirigida al tanque isotermo
Se extrae la leche del tanque isotermo
Se realiza la limpieza del sistema
Proyecto 2012
Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores eléctricos, esta mejora en el flujo
de la electricidad ha permitido que los diseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan
proveer motores poderosos y confiables.
Página 8
Proyecto 2012
- Mezcla Frigorífica:
El refrigerante del sistema de enfriamiento indirecto secundario, se encuentra normalmente en
estado líquido y no cambia su estado de agregación, en este caso el refrigerante actúa,
absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. La circulación de refrigerante secundario se realiza
con una bomba.
Algunos refrigerantes usados comúnmente son: agua, salmueras (de cloruro de sodio y de cloruro
de calcio ), glicoles ( propilenglicol, glicerina ), etileno, propileno, y antiguamente metanol (alcohol
metílico) el cual por su toxicidad no es conveniente.
Agua:
Casi sin excepción, se usa el agua como refrigerante secundario en sistemas grandes de
acondicionamiento de aire, así como en instalaciones de enfriamiento de procesos industriales, en
los que las temperaturas de operación son superiores al punto de congelación del agua. El agua,
gracias a su fluidez, un elevado valor de calor específico y alto coeficiente de película es un
refrigerante secundario excelente. Tiene también la ventaja de ser barata y relativamente no
corrosiva.
El agua se usa también con frecuencia como refrigerante secundario de enfriadores pequeños
para bebidas y en enfriadores que se emplean en las granjas para el enfriamiento de recipientes
para leche. En tales casos, el agua debido a su alta conductividad, permite un enfriamiento más
rápido del producto de lo que sería posible con aire. El agua también suministra una capacidad
retención, que tienden a nivelar las fluctuaciones de carga que resultan de cargas intermitentes en
el enfriador.
Página 9
Proyecto 2012
Soluciones anticongelantes:
Ciertos compuestos solubles en agua, descritos generalmente como agentes anticongelantes, se
emplean con frecuencia para hacer descender el punto de congelación del agua. Los agentes
anticongelantes más conocidos son las sales, los glicoles, los alcoholes.
- Salmueras:
Resulta obvio que no pueda emplearse el agua como refrigerante secundario en cualquier
aplicación en que la temperatura de refrigeración sea inferior al punto de congelación del agua. En
tales casos, se emplea con frecuencia una solución salina.
Salmuera es el nombre que se da a la solución que resulta cuando se disuelven diversas sales en el
agua. Si se disuelve una sal en agua, la temperatura de congelación de la salmuera resultante será
inferior a la temperatura del agua pura. Hasta un cierto punto, mientras más sal se disuelva en la
solución, menor será la temperatura de congelación de la salmuera. Sin embargo, si la
concentración de sal aumenta más allá de un cierto punto, la temperatura de congelación de la
salmuera se elevará en el lugar de reducirse. Por lo tanto, una solución de una sal cualquiera en
agua, tiene una cierta concentración a la cual el punto de congelación de la solución es el más
bajo. Una solución a la concentración crítica, recibe el nombre de solución eutética.
Igual que en el caso del agua enfriada, la salmuera enfriada (o solución anticongelante) puede
circular directamente, alrededor del producto o recipiente refrigerado.
Página 10
Proyecto 2012
- Tanque Isotermo:
Existen una serie de elementos y características de los tanques frigoríficos que, por su
importancia, se podrían denominar críticos, puesto que de ellos depende en gran medida que se
conserve o se deteriore la calidad de la leche que se almacena y conserva en ellos. Entre ellos
están:
- Construcción y pulido interior de la cuba
- Agitador
- Capacidad del equipo frigorífico y temperatura de evaporación
- Aislamiento térmico
El tanque tipo horizontal para almacenamiento y refrigeración de leche con capacidad volumétrica
nominal de 5000 litros, también tendrá un motor reductor con agitador en acero inoxidable.
Estará provisto de boquillas de atomización de agua de lavado con conexión tipo clamp de 1”.
La temperatura de refrigeración para la leche debe ser de 4°C, +/- 0.5°C, que se debe lograr con el
refrigerante de Cloruro de Sodio o un refrigerante comercial con propiedades similares.
El tanque tendrá un diseño de sistema hermético, sin contaminación cruzada, lo cual especifica
que el refrigerante no debe tener contacto físico directo con el producto, en este caso la leche. El
tanque debe tener diseño para almacenamiento a presión atmosférica (tanque abierto).
El tanque será ser fabricado en lámina de acero inoxidable AISI 304 calibre 14, ya que este tipo de
acero cumple con las especificaciones técnicas normativas, para almacenamiento de productos
lácteos.
El tanque será de máxima eficiencia, por lo cual se exige una excelente transferencia de calor
homogénea, que baje uniformemente la temperatura de la leche sin degradarla. El aislamiento
térmico debe ser tal que solo permita, en caso del corte en el fluido eléctrico, subir 1°C por hora la
temperatura de la leche al interior de la cuba, espesor de 2” en Poliuretano inyectado (38% de
densidad).
Página 11
Proyecto 2012
Las razones que confirman que la proyección de poliuretano o poliuretano inyectado es lo más
adecuado para aislar térmicamente e impermeabilizar cualquier edificio son las siguientes:
- Es posible aplicarlo sobre cualquier tipo de material, bien sea ladrillo, cemento, chapa, uralita,
etc y lo más importante, elimina todos los puentes térmicos que pueda haber con el exterior.
- El poliuretano inyectado, forma una capa del espesor deseado por el cliente (mínimo 2 cm),
que se convierte en un auténtico bloque aislante e impermeable que protege su construcción
de todos los agentes meteorológicos que se puedan producir en las distintas épocas del año.
- La aplicación de este material, supone un importante ahorro en calefacción o aire
acondicionado, debido a que mantiene la temperatura durante un mayor periodo de tiempo.
- Sistema de Control:
La temperatura, así como los tiempos de agitación deben poderse controlar, monitorear y
registrar en tiempo real atreves de un sistema digital (micro-computador PC), con un software tipo
SCADA, que permita establecer un registro histórico cada 24 horas de la temperatura y hacer un
seguimiento al funcionamiento del sistema, para establecer programas de control de calidad en el
proceso de almacenamiento y el control del funcionamiento del equipo en tiempo real, evitar el
deterioro de la leche y así evitar pérdidas.
Los gabinetes de control y potencia deben ser fabricados en acero inoxidable con empaques para
protección a la humedad y conexiones eléctricas.
Página 12
Proyecto 2012
5.1.2. Etapa 2:En esta etapa se llevará a cabo la extracción de la leche y la limpieza del sistema.
- Extracción:
Para tal fin usaremos una bomba hidráulica para trasiego de leche desde el tanque de
pasteurización hasta el tanque de almacenamiento, con impulsor y cabezal de carcasa en acero
inoxidable, con conexiones sanitarias tipo clamp de 1 ½”, provisto de tubería, férulas, empaques y
abrazaderas para conexión con tanque de almacenamiento de 5000 litros.
- Limpieza:
La producción lechera es para toda la vida y la calidad también debe serlo. La leche es uno de los
productos animales más importantes para el consumo humano. La demanda de la producción
lechera exige una alta calidad de leche.
Para asegurar que esto ocurra debemos concentrarnos en ciertas áreas, una de ellas es la limpieza,
y es un elemento vital para cualquier productor que quiera alcanzar el nivel de calidad máximo, y
finalmente rentabilidad.
El lavado es la eliminación de los sedimentos de leche en todos los puntos que la leche tiene
contacto dentro de un establecimiento. Si no se lleva a cabo este proceso, la calidad de la leche
disminuirá y causará un efecto negativo en todo el proceso de tratamiento de la leche. Para
asegurar una alta calidad de leche el lavado es imprescindible.
El lavado es básicamente el proceso que elimina la suciedad del equipo. Para que este proceso sea
lo más eficaz posible, hay que combinar 4 factores importantes:
- fuerza mecánica,
- agentes de limpieza,
- calor,
- tiempo de contacto.
El agua es sin duda la más importante para que estos 4 factores consigan un lavado óptimo.
Página 13
Proyecto 2012
Fuerza mecánica
La fuerza mecánica necesaria para eliminar la suciedad normalmente se consigue con agua
circulando, pero también se puede conseguir con el spray o refregando. Tanto el establo como el
tanque se pueden limpiar con estos métodos.
Agentes de limpieza
Se pueden dividir en detergentes y desinfectantes, aunque la mayoría de las veces se componen
de ambos.
Los detergentes pueden ser alcalinos o ácidos. Los alcalinos se suelen usar como detergente
principal. Los ácidos se usan para eliminar las piedras de leche, por ejemplo una vez a la semana.
Los desinfectantes se suelen usar para eliminar los microbios. Normalmente están formados de
cloro o componentes del cloro. En algunos sistemas de limpieza alternativos el desinfectante se
sustituye por calor.
Calor
Los detergentes se disuelven mejor si el agua está caliente. El agua caliente también se usa para
eliminar la grasa.
Tiempo de contacto
Quiere decir que el agua, el calor, y los agentes de limpieza deben tener suficiente tiempo para
hacer el lavado. El tiempo que se necesita varía dependiendo del método de lavado.
Agua
Hay que asegurarse que el agua no contenga materiales que puedan perjudicar el lavado. Las
impurezas más comunes en el agua son el calcio, el magnesio y otros iones que hacen que el agua
sea dura.
Página 14
Proyecto 2012
6. Medidas del Tanque Isotermo:
Tanque Modelo Horizontal: Con una superficie cilíndrica de corte superior plano para tapas
abatibles y un diseño que permite un mejor rango de conservación de la temperatura del
producto.
- Construido en lámina de acero inoxidable 304 calibre 14 el tanque interno y calibre 16.
- Recubrimiento exterior, aislamiento de poliuretano “ libre de CFC” de 54mm de espesor
con una densidad de 35 a 38 kg/m3
- Control de temperatura electrónico y programación automática del motor agitador para
una buena homogenización del producto
- Sensor de nivel en el taque para saber la cantidad de litros que se tienen
- Patas de nivelación.
- Caja para los controles eléctricos independiente.
Página 15
Proyecto 2012
TABLA DE DIMENSIONES TANQUE CILINDRICO HORIZONTAL DE CORTE PLANO SUPERIOR
CAPACIDAD EN LITROS
LARGO TOTAL
ANCHO TOTAL
ALTURA TOTAL AP LP EV NP NA
LT AT HT5000 3280 1950 2050 950 2000 1 6 1
DT: Diámetro total
LP: Largo patas
LT: longitud total
AT: Ancho total
HT: Altura total
AP: Ancho patas
EV: Evaporadores
NA: Numero de agitadores
NP: Numero de patas
Página 16
Proyecto 2012
7. Plano de Distribución:
Altura Minima : 3m
Página 17
Proyecto 2012
8. Presupuestos:
María Ramos C.
PRIMO GLOBAL SOLUTIONS S.A.C
Oficina: 463 - 0192
Celular: 945099986
RPM.: *570006
Nextel.: 412*8312
Correo: [email protected]
www.primo.com.pe
Página 18
Proyecto 2012
Página 19
Proyecto 2012
9. Resultados Esperados:
- Ampliar el almacenaje de la planta durante dos o tres días
- Mantener la calidad de la leche durante el tiempo de almacenaje.
- Inhibir el crecimiento bacteriológico durante el tiempo de almacenaje.
- Mantener un sistema de control de temperatura libre de fallas durante el tiempo de
almacenaje.
- Tener un sistema de enfriamiento de leche totalmente ecológico, es decir libre de químicos
que puedan perjudicar el producto o el medio ambiente.
Página 20
Proyecto 2012
10. Conclusiones y Recomendaciones:
El sistema de Enfriamiento y almacenamiento de leche está conformado por:
- Un equipo de enfriamiento.
- Un tanque isotermo.
Este sistema presenta tres inconvenientes principales:
1. Bajo rendimiento del equipo frigorífico debido al efecto aislante producido por el hielo
depositado sobre el serpentín evaporador
2. Baja velocidad en la fusión del hielo, que limita la capacidad de enfriamiento de la leche u
obliga a utilizar equipos acumuladores de grandes dimensiones para aumentar la superficie
de contacto entre el hielo y el agua.
Estos inconvenientes están prácticamente solucionados usando una solución salina para la mezcla
frigorífica así evitando la congelación del agua.
Cuando se diseñan equipos para la elaboración de alimentos, bebidas y fármacos, se debe
desarrollar un análisis de riesgos generados por problemas operativos o constructivos, y el
cumplimiento de las reglas del buen arte de la ingeniería y el seguimiento de las buenas prácticas
de manufactura.
El circuito de enfriamiento indirecto que se encuentre en contacto con el alimento debe contener
un refrigerante no tóxico por el riesgo a la salud que una contaminación representa.
Se recomienda realizar un análisis químico cuali y cuantitativo para identificar el refrigerante
indirecto y/o la posible contaminación del mismo con sustancias tóxicas, para evitar una posible
intoxicación, antes de cargarlo al sistema de refrigeración.
Página 21
Proyecto 2012
11. Anexo 1:11.1. Identificación de los Participantes:
Apellidos : Dueñas Guardia
Nombres : Victor
DNI : 44770807
Teléfono : 958293267
Correo : [email protected]
Página 22
Proyecto 2012
12. Anexo 2:12.1. Informe Planta de Lácteos:
1.-DATOS DEL ALCALDE
RANULFO MARCOS CAPIRA MENDIVIL
DNI: 30666565
2.-POBLACION
NUMERO DE POBLADORES: ESTA EN EL PLAN DE DESARROLLO
INGRESO PROMEDIO: 500 NUEVO SOLES POR MES
NUMERO DE HIJOS : PROMEDIO 04
NUMERO DE FAMILIAS RELACIONADAS A LA ACTIVIDAD:
TUTI: 36 FAMILIAS
SIBAYO: 10 FAMILIAS
ANEXO DE CANOCOTA: 16 FAMILIAS
3.-PROMEDIO LECHE
INFORME DE RECEPCION DE LECHE
AÑO REPORTE POR DIA TOTAL AÑO
2008 45.00
16,425.00
2009 180.00
65,700.00
2010 480.00
175,200.00
257,325.00
Página 23
Proyecto 2012
INFORME DE RECEPCION DE LECHE AÑO 2011
MES REPORTE POR DIA REPORTE POR MES
ENERO 357 LITROS 10,800.00
FEBRERO 522,4 LITROS 15,150.00
MARZO 503 LITROS 15,090.00
ABRIL 486,60 LITROS 14,600.00
MAYO 560 LITROS 16,800.00
JUNIO 566 LITROS 17,000.00
JULIO 426 LITROS 12,800.00
AGOSTO 490 LITROS 14,700.00
SEPTIEMBRE 560 LITROS 16,800.00
OCTUBRE 690 LITROS 20,700.00
NOVIEMBRE 700 LITROS 21,000.00
DICIEMBRE 685 LITROS 20,550.00
TOTAL 195,990.00
36 FAMILIAS PROVEEDORES DE LECHE
REPORTE APROXIMADO DE ACOPIO DE LECHE DE DISTRITOS /ANEXO
DISTRITO/ANEXO REPORTE POR DIA REPORTE ANUAL
SIBAYO 150 LITROS 54.000 10 FAMILIAS BENEFICIARIAS
ANEXO DE CANOCOTA 240 LITROS 86.400 16 FAMILIAS BENEFICIARIAS
Página 24
