SISTEMA DE LIMPIEZA CIP DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE YOGURTS

SISTEMA DE LIMPIEZA CIP DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE YOGURTS

SISTEMA DE LIMPIEZA CIP DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE YOGURT1.- INTRODUCCION:En una industria alimentaria, la higiene y el saneamiento en todas sus instalaciones son de vital importancia. El xito de una empresa de este sector est directamente relacionado con la calidad de sus productos y, sta, con las condiciones higinicas del proceso por el cual se obtienen. Adems, puesto que el estado fitosanitario de dichos productos incide directamente en el consumidor, no es de extraar la alarma social producida por un problema sanitario derivado de un producto alimentario en mal estado, que puede acarrear problemas para la salud y tambin consecuencias judiciales importantes.Tampoco es desdeable el dao que puede causar un incidente de este tipo a la imagen de marca y al prestigio de la empresa, difcilmente recuperables.El CIP es un sistema que permite la limpieza de superficies internas (tuberas, tanques, etc.) y de difcil acceso para una persona o instrumentos de limpieza tales como cepillos u otros implementos. Por lo tanto este sistema es muy importante en industrias que procesan, almacenan y transportan sustancias alimenticias y de consumo humano tales como aceites, aguas saborizadas, lcteos, alcohol, jarabes medicinales, etc.; entre las que pertenecen a estos grupos estn las de productos lcteos, bebidas gaseosas, bebidas alcohlicas, farmacuticas, etc.Este tipo de sistemas brindan algunos beneficios a las industrias como ahorro de agua ya que reutiliza las soluciones y evitan que los seres humanos estn en contacto directo con las soluciones lo que permite salvaguardar su integridad fsica.1.1.- DEFINICION:El yogurt, es un producto obtenido de la leche concentrada por evaporacin o agregado de solidos de leche, que ha sido sometido a un proceso de fermentacin, por la accin de una mezcla de lactobacilos bulgaricus y de estreptococos thermophillus, hasta un punto tal, de provocar la formacin de un gel firme aporcelanado y que no presenta aun el desalojo de cuero. Este producto puede tener agregados de frutas en una proporcin del 5 al 15%, ms el agregado de azcar.1.2.- CONCEPTOS: ENFRIAMIENTO:

La leche, luego de su recepcin es enfriada a temperaturas de alrededor de 4C y almacenada a esta temperatura. Este enfriamiento se realiza en un intercambiador de calor de placas, utilizndose agua helada como fluido enfriador. Antes se usaba un enfriador de superficie (todava se lo utiliza en algunas plantas).

La leche circula por la superficie de la cortina y forma una pelcula que es enfriada por el agua que circula por el interior de la cortina. En este tipo de enfriador, la leche est en contacto con el medio ambiente, lo cual supone la posibilidad de contaminarse.Luego de enfriada se manda la leche al tanque de almacenamiento donde se la mantiene a la temperatura de 4C hasta su procesamiento segn los diferentes usos industriales.

HIGIENIZACION Y CLARIFICACION:La leche cruda puede contener diversas partculas adquiridas en su manipuleo, desde el ordeo, lo cual obliga a eliminar esas impurezas. Para tal fin se hace una filtracin y/o una clarificacin.En la primera, se hace pasar la leche a travs de filtros de tela sinttica o algodn. Esta filtracin es complementada luego en los intercambiadores de placas, provistos de filtros.En cuando a la clarificacin esta se realiza con una centrifugacin en los llamados clarificadores, que son semejantes en su concepcin a los centrfugos que se vern en el descremado, aunque con algunos variantes de diseo. En esta operacin se suelen eliminar tambin cierto tipo de bacterias esporulados, tales como Bacilos, esta bactofugacin suele eliminar un gran nmero o porcentaje de esos microorganismos.Tanto la clarificacin como la bactofugacin resultan ms eficaces si se hace a una temperatura entre 60 y 65C (al disminuir la viscosidad de la leche).

ESTANDARIZACION:Dentro del conjunto de procesos que componen el pre tratamiento de la leche, es decir la preparacin de la materia prima para la elaboracin propiamente dicha, distinguimos dos tipos de tratamientos.

* Los que no modifican, al menos significativamente, la composicin de la leche como por ejemplo la pasteurizacin.

* Los que modifican la composicin de la leche como por ejemplo la estandarizacin.

Se sabe que para obtener un producto homogneo, es decir de caractersticas similares, a lo largo del ao, se debe partir de una materia prima cuya composicin no difiera en las diferentes estaciones. En otras palabras, la leche que se elabora debe tener a lo largo del ao un valor ms o menos constante de grasa, protena, lactosa, etc.

Se ha visto en cursos anteriores y se sabe por experiencia que el componente de la leche que ms vara a lo largo del ao es la grasa, por lo tanto se hace necesario mediante algn mtodo lograr igualar el contenido graso en la leche en las diferentes estaciones del ao, el mtodo para hacerlo es la estandarizacin.Mediante la estandarizacin entonces se puede "preparar" la leche en cuanto a contenido graso se refiere para obtener un producto con las caractersticas deseadas.

Contenido en grasa (leche entera y semi-desnatada, nata) factores ambientales y del animal Mezcla de leche entera y desnatada (sistema discontinuo) Desnatado de la leche y reincorporacin de % de nata (sistema continuo)Cualquiera sea el destino de la leche (ya para su venta en cualquiera de sus tipos, ya para la elaboracin de derivados lcteos), debe ser sometida a un tratamiento trmico.El objeto de este tratamiento es, en primer lugar, destruir todos los microorganismos que puedan ser causa de enfermedades (patgenos) y en segundo trmino, disminuir el nmero de aquellos agentes microbianos que puedan afectar la calidad de la leche y sus productos derivados.Se puede conceptuar la pasteurizacin como el tratamiento trmico por debajo del punto de ebullicin, y en un tiempo mnimo, que permite destruir la totalidad de los agentes microbianos patgenos.Antes de describir el proceso de pasteurizacin, se harn algunas consideraciones sobre el efecto de la temperatura sobre los componentes de la leche y sobre los microorganismos presentes en ellas.

EVAPORACION:Despus del tratamiento previo de la leche esta se bombea al evaporador, que suele ser del tipo de capa descendente y varios efectos. La leche pasa a travs de tubos calentados por vapor y sometidos a vaco. Se produce una ebullicin a temperaturas comprendidas entre 50y 60C. El contenido en slidos de la leche aumenta al eliminarse el agua. Se efecta una comprobacin constante de la densidad. La concentracin en slidos se considera correcta cuando la densidad a alcanzado un valor de aproximadamente 1,07. En ese momento, un kilo de leche evaporada con 8% de grasa y 18% de slidos no grasos habr sido producida a partir de 2,1 Kg. de leche cruda. El contenido graso ser de 3,08% y el contenido en slidos no grasos, del 8,55%.

HOMOGENIZACION:Despus de la etapa de estandarizacin (leche + nata) Antes o despus del tratamiento trmicoEste tratamiento es aplicado a la leche a los efectos de reducir el tamao de los glbulos de grasa y as evitar que estos asciendan a la superficie.La operacin consiste en enviar la leche a alta presin, cerca de 200 kg/cm2, a travs de un conducto que est parcialmente obstruido en su extremo de salida por un tapn cnico de acero, la leche choca violentamente con lo cual se fracciona el glbulo de grasa a dimensiones entre 0.5 y 1 um. La presin del tapn de acero se puede regular con un resorte. La salida de la leche se efecta por la abertura que deja el tapn y en esta zona se produce un rpido descenso de la presin que tambin produce un cracking del glbulo.La homogenizacin puede realizarse tambin en las clarificadoras, equipo en el cual pueden hacerse simultneamente la clarificacin y la homogeneizacin; este equipo es parecido a los clarificadores, pero estn provistos de discos dentados que fraccionan los glbulos de grasa por friccin. En el proceso de homogenizacin, al romperse los glbulos, se fraccionan tambin la membrana protectora de los mismos, lo cual implica que parte de dichos glbulos queden sin ellos (especialmente lecitinas y protenas que forman parte de la membrana); esto hace que los glicrido queden expuestos a la accin de la enzima lipasa que puede traer aparejado el inconveniente del enrarecimiento de la leche.1.3.- PROPIEDADES FISICO QUIMICAS Y MICROBIOLOGICAS DEL YUGHOURTCuadro 1 PROPIEDADESY. BATIDOSY. DE LECHE DESCREMADAY. BATIDOPREPARACION DE YOGHOURTPREPARADOS DE Y. DE LECHE DESCREMADA

RIQUEZA GRASA %2.5 min------------------2 min----------------

INDICE DE ACIDEZ(S.H)38 5038 -5038 5038 50

TEMPERATURA MAXIMA C8888

PH4.2 4.54.2 4.54.2 4.54.2 - 4.5

GERMENES COLIFORMESNegativoNegativoNegativoNegativo

HONGOSnegativoNegativonegativoNegativo

Fuente: tesis de anteproyectos Arequipa Per 19831.4.- RELACION TAMAO - TECNOLOGIA La capacidad mnima de produccin de yoghourt segn el proveedor internacional ALFA LAVAL (folletos tcnicos - catlogos) es de 2000 Kg/ da, de procesamiento de leche fresca, los que se incrementan a escalas mayores. A continuacin en el cuadro n 2 que menciona los tamaos alternativos de planta para la elaboracin de yoghourt.Cuadro n 2 ESCALAS DE PRODUCCION DE YOGHOURTTAMAOVOLUMEN DIARIO DE PRODUCCION (T/M)

13.0

25.0

310.0

DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA ELABORACION DE YOGHOURTSELECCION

FILTRACION

DESCREMADO

PASTEURIZACION 95 C min

SIEMBRA 45C , 2% DE CEPAS

REFROGERACION 6C H.R

CULTIVO DE YOGROURT

2.- METODOLOGIA:2.1.- DISEO Y CALCULOS DEL SITEMA DE LIMPIEZA CENTRAL CIPEste sistema se disea para limpiar las tuberas de procesos sin recurrir al desarmado de los diferentes componentes (codos, vlvulas y sensores, etc.). Sus principales ventajas son: Disminuye las operaciones manuales. Mejora la higiene y es ms segura para el operador. Reduce el gasto de detergente, vapor y agentes esterilizantes.En el sistema CIP de limpieza es esencial disponer de un circuito cerrado a travs del cual las soluciones detergentes puedan circular si bien el diseo depende del objetivo especfico los principales sistemas pueden ser clasificados en los siguientes sistemas:a) Sistema de un uso o sin recuperacin de detergentesb) Sistema con recuperacin de detergentesc) Sistema multiuso2.2.- DIAGRAMA DE FLUJOEs importante reconocer las principales caractersticas de los principales sistemas.a) SISTEMA CIP DE UN USO SIN RECUPERACIONLa unidad bsica es relativamente pequea y se ubica tan cerca como sea posible del equipo a ser limpiado. En este sistema el detergente es solamente empleado una vez y enseguida la solucin de limpieza es eliminada, de all su nombre de sin recuperacin.La eliminacin de la solucin detergente podra ser considerada como desventaja, en especial si la fuerza de la solucin an se encuentra disponible. Sin embargo, tuberas demasiado sucias, es decir con exceso de residuos, es posible que tal solucin pierda rpidamente su fuerza una variacin de este sistema en recuperar el detergente y el agua de enjuague de un ciclo de lavado y emplearlo como primer enjuague del sistema circuito de limpieza.

b) SISTEMA CIP CON RECUPERACION En este sistema el detergente y /o las soluciones acidas son recuperadas y vueltas a utilizar tantas veces sea posible, en especial en aquellas tuberas que ni contienen tantos residuos. De este modo el enjuague preliminar de tales tuberas remueve un alto porcentaje de los residuos.Este sistema requiere de un tanque o recipiente para cada producto qumico si se emplea agua caliente para enjuagar ser necesario disponer de un tanque para su acumulacin a fin de ahorrar energa y agua.

c) SISTEMA CIP MULTI-USOEste procedimiento combina las caractersticas de los dos sistemas anteriores, unidades pequeas su ubican cerca de las tuberas a ser lavadas y son alimentados con los agentes de limpieza desde una unidad central de almacenamiento. Despus de ser usadas, las soluciones de limpieza de vuelta a la central.Estas unidades se disean para limpiar CIP de tuberas y equipos. Funcionan en forma automtica y comprenden diferentes combinaciones de limpieza en la cuales el agua, detergente y cidos circulan por los circuitos durante periodos de tiempos variables y a determinadas temperaturas.La frecuencia de evacuacin, en los dos ltimos tipos de operacin, la cual puede ser regular o irregular, depende de los materiales a limpiar y de la contaminacin que se alcanza. En las aguas residuales procedentes de la limpieza CIP, la concentracin de slidos vara entre 1 y 50 g/L. Por ejemplo, las aguas residuales de una limpieza CIP alcalina tienen la composicin media siguiente: 18.7 a 23.5 g/L de NaOH; 65 a 150 NTU de turbidez y 315 a 1300 mg O2/L de DQO. (Condat-Ouillon, 1995).FIGURA N 1 SISTEMA CIP DE MULTIUSO

Fuente: propia2.3.- DISEO DE UN CIP PARA UNA PLANTA INDUSTRIAL DE YOGHOURTPara entender mejor el proceso general de limpieza a continuacin se presenta en la figura un diagrama de flujo con todos los componentes del sistema.

El sistema CIP a disear est constituido de 5 etapas las cuales se detallan a continuacin.a) Etapa de pre-enjuagueEs la primera etapa con la cual arranca el proceso CIP, la misma que se encarga de remover los slidos y el producto que ha quedado en los equipos que se les va a realizar la limpieza, en ciertos sistemas esta agua es almacenada en un tanque provisto para almacenar (mezcla leche - agua), pero para nuestro diseo esta agua de enjuague no ser recuperada. Esta agua debe ser caliente y pasar por un periodo de tiempo controlado (aprox. 10 min.).b) Etapa de solucin de soda custicaEsta etapa es la encargada de desinfectar y de eliminar todos los microorganismos y bacterias alojados en las superficies, tambin se pueden utilizar otro tipo de soluciones desinfectanteso detergentes con pH ms bajo.La solucin en esta etapa (soda al 0.5-1.5%) es completamente reutilizable y en nuestro caso, ser recuperada y reutilizada. Para garantizar una adecuada sanitizacin la solucin de esta deber ser ms caliente (70 80 C) que el agua de pre-enjuague, adems su duracin ser mayor al de la etapa anterior (aprox. 10 - 30 min.).c) Etapa de enjuague intermedioEl enjuague intermedio tiene como objetivo remover la solucin de soda custica, esta agua puede ser recuperada y reutilizada. Esta agua debe ser fresca y pasar por un periodo de tiempo controlado (aprox. 5min).d) Etapa de solucin acidaEsta etapa tiene la funcin de eliminar todos los microorganismos y bacterias restantes, sobre todo de nivelar la acides de las superficies. La solucin (acido ntrico al 1 - 2%) de esta etapa es completamente reutilizable y en nuestro caso, ser recuperada y reutilizada.Para garantizar una adecuada sanitizacin la solucin de esta etapa deber ser ms caliente (70 80 C) que el agua de pre- enjuague, adems su duracin ser hasta obtener un pH neutro, es decir, de 7 (aprox. 10-20 min.).e) Etapa de enjuague finalEl enjuague final tiene como objetivo remover la solucin acida, adems de bajar la temperatura de las superficies que se estn limpiando, esta agua puede ser recuperada y reutilizada. El agua debe pasar a temperatura ambiente por un periodo de tiempo menor al de la etapa de pre-enjuague (aprox. 5min).2.4.- PARAMETROS PARA EL DISEO SEL SISTEMA CIPDentro de los parmetros del diseo tenemos los siguientes:

Tipo de sistema

Temperatura

Tiempo

Turbulencia

Titulacin

2.5- DESCRIPCION DEL PROCESO

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DEL PROCESO CIPLa mayor parte del proceso es automatizada y solo se deber escoger la opcin correcta del panel del operador dependiendo del equipo o lnea a lavar y del ciclo al que corresponde a ms de realizar previamente la conexin en el panel de telfonos (conexiones de tuberas por medio de codos de 180). El diagrama general de procedimiento generaldel sistema CIP estar configurado de la siguiente manera:

2.6.- CICLO DEL CIP

2.6.1.- Etapa de Preenjuague:

Se sobreentiende que se va a dar inicio al ciclo del CIP. Por lo tanto se deber verificar la concentracin y la temperatura de los tanques de agua, soda y acido.

Se verifica que la concentracin de los tanques de soda y acido por medio del sensor de conductividad SC1 y SC2 respectivamente, caso contrario no arranca el programa hasta que se realice la recarga correspondiente por parte del operador.Se verifica que la temperatura del tanque de agua de pre-enjuague sea de 60C por medio del sensor de temperatura ST1, caso contrario no arranca el programa hasta que se alcancen dichas temperaturas en los tanques.

Si la temperatura baja del valor citado por ms de 1 min. El sistema para, y el operador deber reiniciar el Ciclo.

2.6.2.-Etapa de Soda:

Despus de 10 min. de iniciada la etapa anterior, se verifica que la temperatura del tanque de soda sea de 80C por medio del sensor de temperatura ST2, caso contrario se cierran todas las vlvulas activadas y se apaga la bomba de mando del ciclo correspondiente.Si la temperatura baja del valor seteado por ms de 1 min. El sistema para, y el operador deber reiniciar la etapa. Se tiene una opcin para reiniciar desde lamisma etapay no empezar completamente de nuevo el ciclo.

2.6.3.-Etapa de Enjuague Intermedio:

Despus de 10 de iniciada la anterior se procede de la siguiente manera:

Para el ciclo 1, se cierra la vlvula VN1.3. y se abre la vlvula VN1.1. Despus de 10 seg. Se cierra la vlvula VN1.7. y se abre la vlvula VN1.6. Esto permite drenar el agua acumulada en toda la lnea, se mantiene encendida la bomba mando BM1.1.Para el ciclo 2, se cierra la vlvula VN2.3. Y se abre la vlvula VN2.1. Despus de 10 seg. se cierra la vlvula VN2.7. Y se abre la vlvula VN2.6. Esto permite drenar el agua acumulada en toda la lnea, se mantiene encendida la bomba mando BM2.1.Para el ciclo 3, se cierra la vlvula VN3.3. y se abre la vlvula VN3.1. Despus de 10 seg. Se cierra la vlvula VN3.7. y se abre la vlvula VN3.6. Esto permite drenar el agua acumulada en toda la lnea, se mantiene encendida la bomba mando BM3.1.

2.6.4.-Etapa de Acido:

Despus de 5min de iniciada la etapa anterior, se verifica que la temperatura del tanque de soda sea de 80C por medio del sensor de temperatura ST3, caso contrario se cierran todas las vlvulas activadas y se apaga la bomba de mando del ciclo correspondiente. Si la temperatura baja del valor seteado por ms de 1 min. el sistema para, y el operador deber reiniciar la etapa. Se tiene una opcin para reiniciar desde lamisma etapay no empezar completamente de nuevo el ciclo.

2.6.5.-Etapa de Enjuague Final:

Despus de 10 de iniciada la anterior se procede de la siguiente manera:Para el ciclo 1, se cierra la vlvula VN1.4. y se abre la vlvula VN1.1. Despus de 10 seg. se cierra la vlvula VN1.8 y se abre la vlvula VN1.6. Esto permite drenar el agua acumulada en toda la lnea, se mantiene encendida la bomba mando BM1.1.Para el ciclo 2, se cierra la vlvula VN2.4. y se abre la vlvula VN2.1. Despus de 10 seg. se cierra la vlvula VN2.8. y se abre la vlvula VN2.6. Esto permite drenar el agua acumulada en toda la lnea, se mantiene encendida la bomba mando BM2.1.Para el ciclo 3, se cierra la vlvula VN3.4. y se abre la vlvula VN3.1. Despus de 10 seg. se cierra la vlvula VN3.8. y se abre la vlvula VN3.6. Esto permite drenar el agua acumulada en toda la lnea, se mantiene encendida la bomba mando BM3.1

3.- CALCULOS3.1.- CAPACIDAD DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUACaberecalcar queutilizaremosel mismo tanque de almacenamiento de agua para el enjuague intermedio, para ello es necesario que se mantengan las mismas condiciones inciales de trabajo:

DATOS:

Volumen para un circuito:

Volumen total para el sistemaLa capacidad total del tanque debe ser de 4.8m3con el fin abastecer a los tres circuitos al mismo tiempo.

Capacidad del Tanque de Soda Caustica:El volumen del tanque depende del caudal a manejar y del tiempo de limpieza con soda.

Capacidad de vapor saturado para en el tanque de pre-enjuague:El sistema es adiabtico (no hay perdidas por radiacin, conveccin ni conduccin al ambiente).

Datos iniciales:

)

Densidad: 1000kg/m3

Masa total del agua al calentar en el tanque suponiendo que est completamente lleno:

m V 1000Kg / m 3 4.8m 3m 4800Kg

Energia calorifica necesaria para calentar el volumen total del tanque a 60C:

Q m C p t 4800Kg 4.179Kj / Kg K 40KjQ 802368 Kj

Caudal utilizado suponiendo que los tres sistemas funcionen al mismo tiempo:m V 1000Kg / m3 9.6m3 / h 3 / 3600s / hm 8Kg / s

Potencia del intercambiador de calor tubular necesaria para calentar el fluido hasta 60C:

p m C p t 8Kg / s 4.179Kj / Kg K 40Kp 1337W

para limpiar la linea de entrada, el pasteurizador y la linea 1 y 2 de produccion,

DIAGRAMA DE TANQUES CIP

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