Kitabı oku: «Tratamientos previos de la leche. INAE0209»

Capítulo 1

Instalaciones de tratamientos previos de la leche y materias primas

1. Introducción

En cualquier sector industrial es fundamental partir de materias primas estandarizadas para obtener producciones homogéneas y satisfacer así las expectativas del consumidor al que va destinada dicha producción.

Teniendo esto en cuenta, y considerando que la leche es un producto que varía mucho su composición a lo largo del año (debido a numerosos factores como pueden ser la raza de los animales, estación de la fase de lactación, alimentación animal, estado sanitario, época del año, etc.), es fundamental la aplicación de tratamientos que permitan la obtención de una materia prima homogénea.

Los tratamientos previos que la industria láctea aplica a la leche persiguen tres objetivos fundamentales:

1 Obtener una materia prima estandarizada, necesaria para conseguir producciones homogéneas a lo largo del año.

2 Obtener una materia prima con unas características higiénico-sanitarias que cumplan con la normativa vigente.

3 Obtener una materia prima con unas características tecnológicas óptimas para su procesamiento y transformación.

En este primer capítulo se explicará qué equipos son necesarios para la aplicación de estos tratamientos previos y su ubicación dentro de la planta de producción.

2. Composición y distribución del espacio

Una de las fases fundamentales por las que pasa la elaboración de un proyecto de ejecución es la del diseño de todos los espacios que albergarán las distintas salas: recepción, producción, instalaciones auxiliares o complementarias, vestuarios, aseos, oficinas, almacenes, etc.

Para la elaboración de dicho diseño es necesario conocer multitud de factores que afectarán a la forma y dimensionado de dichas salas o locales, como por ejemplo: proceso productivo, volumen de producción, maquinaria que interviene en dicho proceso con sus dimensiones y características, legislación vigente al respecto, etc.

Como norma general se recomienda que los locales se ordenen en función del flujo del proceso de producción y siguiendo el camino más corto.

Ejemplo

En una planta que se dedica a producir leche líquida pasteurizada, cuyo flujo de proceso básico es: recepción – procesado – envasado - expedición.

La forma ideal de colocar los locales sería:

El orden lógico de colocación es el mismo que marca el flujo de producción.

Se puede observar cómo el almacén de envases se coloca al lado de la sala de envasado, esto es, siguiendo el camino más corto.

Existen diferentes disposiciones válidas a la hora de colocar los locales (siguiendo un círculo, en forma de “u”, etc.), pero cualquier disposición debe ubicar los locales de forma que estos se sucedan igual que se suceden las etapas marcadas por flujo de producción.

Esto evitará futuros problemas en la planta, como pueden ser contaminaciones cruzadas, errores a la hora de recepcionar las materias primas o incluso permitirá optimizar los gastos energéticos en la planta de producción.

Recuerde

El orden lógico de los distintos locales que integran cualquier industria debe seguir el orden establecido en el flujo de producción y por el camino más corto.

3. Flujo del proceso

En cualquier proceso industrial es fundamental el conocimiento del llamado flujo de producción.

En este apartado se describirá qué es un flujo de proceso o producción general y dónde se ubican los tratamientos previos dentro de este flujo.

3.1. Flujo de proceso general

El flujo de proceso o producción no es más que la relación de las operaciones que se realizan en el proceso productivo, desde que entran la/s materia/s prima/s, hasta que sale el producto terminado, ordenando dichas operaciones de forma sucesiva. Se suelen representar con diagramas de bloques en los que se recoge el nombre de la operación con diversa información relevante.

Nota

La información que recoge cada bloque estará supeditada a la exactitud que se busque con dicho diagrama.

A continuación se representan algunos ejemplos de diagramas de bloque con diferentes grados de complejidad:

Imagen 1. Diagrama de bloques simplificado del proceso de elaboración de leche pasteurizada

Imagen 2. Diagrama de bloques completo del proceso de elaboración de leche pasteurizada

Como se puede observar en las imágenes 1 y 2, ambas describen el proceso de producción de la elaboración de leche pasteurizada, pero el segundo es mucho más completo, ya que además de desglosar los tratamientos previos en las operaciones reales, aporta información de las características de estos (tiempo y temperatura).

Volumen de producción

El volumen de producción es la cantidad de producto que se fabrica en la planta por unidad de tiempo. Se puede expresar como producción total anual, mensual, diaria, etc., aunque el más usado a la hora de trabajar en la planta de producción es el volumen que se procesa cada hora o cada segundo (esta forma de indicar el volumen de producción informa del caudal, bien en litros por hora (l/h) o bien en litros por segundo (l/s), que se procesa en la planta).

El caudal es un dato esencial para la selección de la maquinaria.

Como es de suponer, el tamaño de la maquinaria está directamente relacionado con la cantidad de producto que procesa por unidad de tiempo, y por tanto las salas donde se ubicará dicha maquinaria también está influenciada por estos condicionantes.

Nota

El tamaño de la maquinaria también influye en el precio, lógicamente, un pasteurizador que procese 500 litros/hora será mucho más barato que uno que procese 10.000 litros /hora.

Resumiendo, se puede observar que el conocimiento de la cantidad de producto que se va a procesar en una industria (volumen de producción) y el orden de las operaciones necesarias para la elaboración de dicho producto (flujo de producción) es indispensable para realizar un correcto dimensionado y ordenación de los locales que compondrán la planta.

Aplicación práctica

Imagine que se le pide la tarea de diseñar los espacios destinados a albergar las instalaciones para la fabricación de leche pasteurizada y recibe los diagramas de bloques del proceso vistos anteriormente (imágenes Nº 1 y Nº 2). ¿Cuál de los dos diagramas piensa que será más útil? ¿Por qué? ¿Qué información adicional piensa que sería indispensable para llevar a cabo dicho diseño?

SOLUCIÓN

De los dos diagramas ofrecidos, el segundo es mucho más completo porque especifica con más detalle todas las operaciones que se realizan desde que entra la leche hasta que sale el producto terminado, y por tanto sería este el más útil para realizar el diseño solicitado.

No obstante, aunque el segundo diagrama es más completo que el primero, sigue careciendo de información esencial para el correcto dimensionado. Esta información es el volumen de producción.

El volumen de producción informa sobre la cantidad de leche que se procesa en la planta y es fundamental para elegir la maquinaria y poder saber por tanto el tamaño necesario de los locales donde se ubicarán las máquinas.

Actividades

1. Reflexionar sobre la relación entre el volumen de producción y el tamaño de locales no dedicados a producción, como aseos, vestuarios, oficinas etc.

3.2. Tratamientos previos de la leche y el flujo de producción

A continuación se describirán brevemente cuáles son los tratamientos previos que se aplican en la industria láctea para conocer los objetivos que persiguen.

Definición de tratamientos previos

Las operaciones encargadas de aplicar los tratamientos previos a la leche son conocidas como operaciones básicas, ya que son las operaciones mínimas necesarias para la obtención de una leche con una calidad higiénica y tecnológica óptima para poder ser procesada posteriormente.

Estas operaciones son comunes a prácticamente todas las industrias lácteas. Lógicamente, en función del tipo de producto final que se quiera conseguir (leche líquida, nata, yogurt, queso, etc.), estas operaciones pueden variar su secuencia de aplicación, e incluso algunos parámetros básicos como tiempos de aplicación, temperatura, etc.

Actividades

2. Enumerar cuántas clases de productos lácteos conoce. Citar al menos dos tipos de cada clase si se puede (por ejemplo, dentro de la leche líquida: leche pasteurizada y leche UHT).

3. Buscar información sobre la industria láctea con mayor volumen de producción en España.

Momento de aplicación de los tratamientos previos

Los tratamientos previos, como ya se sabe, se encargan de preparar la leche para su posterior transformación en el producto final, por lo tanto se realizan al principio del proceso de producción, justo después de realizar la recepción de la leche.

Recepción

La recepción de la leche consiste en la descarga de la mercancía a las instalaciones de la planta mediante bombas y conducciones hasta los depósitos o tanques de recepción.

Aunque en la fase de recepción de la leche se realizan algunas operaciones, estas no son consideradas tratamientos previos.

Las operaciones que se suelen realizar en la recepción son:

1 Control de calidad: lo realiza el departamento de calidad de la planta con el fin de comprobar que la leche cumple con los criterios de higiene y calidad marcados tanto por la legislación, como por la industria. Se realiza mediante test rápidos y en función de los resultados se autorizará la descarga de leche o se rechazará dicha descarga.

2 Filtrado de la leche: se realiza mediante filtros acoplados a las conducciones para eliminar partículas que puedan estar presentes en la leche (arena, polvo, pelos, etc.). Estas partículas son de un tamaño relativamente grande.

3 Desaireado: se realiza mediante desaireadores (aparatos que trabajan a vacío) y eliminan el aire que se haya podido incorporar a la leche a causa de las agitaciones y bombeos producidos en el camino de la leche desde la explotación de producción (granja) hasta la industria transformadora. El desaireado no se realiza en todas las industrias, pero es conveniente aplicarlo ya que el exceso de aire en la leche puede dar errores a la hora de establecer el volumen de leche descargado. Además, un exceso de aire provoca mayor ensuciamiento de los equipos que posteriormente aplicarán tratamientos térmicos (sobre todo si estos tratamientos son fuertes).

Recuerde

Las operaciones que se realizan en la fase de recepción no son considerados tratamientos previos.

Tipos de tratamientos previos

Los tratamientos previos que se aplica a la leche se pueden dividir en cuatro tipos fundamentalmente: centrifugación, normalización, homogeneización y tratamientos térmicos.

Centrifugación

La centrifugación es la operación que aplica fuerzas centrífugas (de rotación) a la leche para separar ciertos componentes de esta.

Esta operación busca varios objetivos:

1 Higienizado de la leche: eliminación de las impurezas que puedan haber pasado los filtros empleados en la fase de recepción. (El tamaño de las partículas eliminadas con la higienización es relativamente pequeño).

2 Desnatado de la leche: separación de la grasa láctea para poder ajustar el contenido de esta en la fase de normalización.

La centrifugación se basa en la diferencia de densidad de los componentes de leche, y cómo estos se comportan cuando se les aplica fuerzas centrífugas (giratorias).

Como norma general se puede decir que los componentes más pesados o densos se van hacia fuera, mientras que los menos pesados o menos densos se quedan dentro.

Actividades

4. Recapacitar sobre la fuerza centrífuga y citar al menos dos situaciones en las que dicha fuerza centrífuga le afecta a usted como individuo.

5. Enumerar dos actividades cotidianas en las que se manifiesta de forma patente la fuerza centrífuga.

La operación de centrifugación se realiza con una máquina centrífuga que comúnmente se denomina desnatadora.

Distintos tipos de desnatadoras. La imagen de la izquierda corresponde a una desnatadora industrial de tipo cerrado y la imagen de la derecha a una desnatadora de tipo abierta.

Normalización del contenido en grasa y proteína de la leche

La normalización o estandarización es una operación que persigue la obtención de una leche con unos porcentajes de grasa y proteína determinados en la leche que va a ser procesada.

Estos niveles de grasa y proteína se ajustan por varios motivos:

1 Legislación: la legislación establece unos requisitos acerca de los valores de estos porcentajes en los productos lácteos y son de obligado cumplimiento.

2 Variabilidad de la leche: la leche es un producto cuya composición varía mucho a lo largo del tiempo, y por tanto es fundamental corregir el contenido de grasa y proteína para cumplir con la legislación. Además es importante para obtener producciones homogéneas a lo largo del año y satisfacer al consumidor final. Nota: cuando un consumidor se acostumbra a las características de un producto, es muy difícil que acepte cambios sin ninguna justificación, por lo que es importante ofrecer siempre un producto similar y homogéneo.

3 Necesidades tecnológicas: para la elaboración de muchos productos lácteos es necesario partir de leches con unos porcentajes determinados de grasa y proteína para realizar una correcta elaboración (yogurt, queso, etc.).

Información nutricional de una leche semidesnatada. Cantidad de materia grasa

Ejemplo

Para la elaboración de leche líquida (en cualquiera de sus tres modalidades: pasteurizada, UHT y esterilizada), la legislación es la que marca el contenido de grasa y proteína que esta ha de tener cuando sale al mercado (Reglamento (CE) 2597/97). Estos valores para grasa son:

1 Leche entera: mínimo 3,5% de materia grasa (se podría vender una leche con más contenido en grasa, pero nunca con menos).

2 Leche semidesnatada: entre 1,5 y 1,8% de materia grasa.

3 Leche desnatada: máximo de 0,5% de materia grasa.

Aplicación práctica

Imagínese que usted lleva comprando una marca de yogurt artesano unos meses por sus características de sabor y textura. Al llegar el invierno y abrir un envase detecta que es menos cremoso, y que su sabor ha variado con respecto a lo que usted está acostumbrado.

Si se supone que no ha habido ningún fallo en la producción, y que no han cambiado ningún proceso ni ingrediente:

1. ¿Qué operación no se realiza y es la causa de esta variabilidad en el producto final?

2. ¿Qué repercusión tendrá esta variación del producto en el consumidor final, de forma general?

SOLUCIÓN

1 La operación que no se está realizando en la elaboración de este producto es la estandarización de la leche, siendo la causa de que el producto varíe sus características a lo largo del año. Se debe tener en cuenta que la leche es un producto que varía mucho su composición y esa variabilidad repercute en el producto final.

2 La repercusión que tendrá un cambio de las características del producto sin una razón justificada será, de forma general, el rechazo del producto por parte del consumidor final.

Homogeneización

La grasa es una sustancia con una densidad menor que el agua, y por esta razón flota. Si se deja leche recién ordeñada en reposo, sin aplicarle ningún tratamiento, la grasa asciende a la superficie de forma natural. Es lo que se conoce como desnatado natural.

Sabía que...

Antes de la aparición de las desnatadoras centrífugas, el desnatado se realizaba dejando la leche reposar de un día para otro, de forma natural.

Cuando se habla de homogeneización en la industria láctea se está haciendo referencia a la operación que, mediante un tratamiento físico, evita que la grasa se separe de la leche.

Una definición más técnica de la operación de homogeneización podría ser la siguiente: la homogeneización es la operación encargada de estabilizar la emulsión que forma la grasa en la leche e impedir por tanto que esta ascienda de forma natural debido a su menor densidad con respecto al agua.

El objetivo fundamental que busca la operación de homogeneización es el de evitar que ocurra el fenómeno natural de ascenso de la grasa, y por tanto, que esta se separe formando una capa de grasa o crema superficial que devaluaría notablemente el aspecto, color, sabor y textura del producto final.

En algunas industrias como la del yogurt, la operación de homogeneización se realiza, además de para evitar la separación de la grasa, para obtener una mejor textura en el producto final.

Esta operación consiste en la rotura de los glóbulos de grasa de la leche para hacerlos mucho más pequeños y dispersarlos más uniformemente en la leche. De este modo, la grasa resultante tiene un diámetro tan pequeño que no puede ascender a la superficie.

Esta operación se realiza con unas máquinas llamadas homogeneizadores, y lo que consiguen es disminuir el tamaño de los glóbulos de grasa evitando así que la grasa láctea se separe.

Homogeneizador típico empleado en la industria láctea

Importante

No se debe confundir densidad con viscosidad.

La grasa, a pesar de ser más viscosa que el agua, tiene menor densidad que esta. Esto quiere decir que un litro de grasa pesa menos que un litro de agua, independientemente de su viscosidad, y por eso la grasa flota en el agua a pesar de tener una textura más viscosa.

Tratamientos térmicos

Los tratamientos térmicos son operaciones que consisten en la aplicación de altas temperaturas a los productos tratados durante espacios de tiempo determinados.

Los tratamientos térmicos que se aplican en la industria láctea (y en otras muchas industrias que elaboran zumos, salsas, etc.) persiguen varios objetivos:

1 Eliminación de microorganismos patógenos: es el más importante. La legislación establece unos criterios mínimos de obligado cumplimiento para evitar que tanto la leche como los alimentos procesados a partir de esta sean transmisores de enfermedades.

2 Eliminación o inactivación de microorganismos alterantes: este tipo de microorganismos no son patógenos, pero sí degradan el alimento hasta hacerlo inconsumible por los cambios que producen en el color, olor, sabor, textura, etc.

3 Acondicionamiento tecnológico: en muchas ocasiones, la industria aplica tratamientos térmicos para modificar algún componente de la leche y conseguir mejores propiedades físicas o químicas del producto que se quiere elaborar.

Los tratamientos térmicos consisten en la aplicación de tratamientos que combinan tiempo y temperatura. En función de cómo sea esta combinación el tratamiento recibe diferentes nombres. Los más comúnmente conocidos son:

1 Termización.

2 Pasteurización.

3 Esterilización.

Sabía que...

Louis Pasteur (1822-1895) fue el primer científico en caracterizar los microorganismos y relacionar dichas características con los tratamientos térmicos. De ahí que el tratamiento térmico estándar para la eliminación de patógenos reciba su nombre, y sea conocido como pasteurización.

Los tratamientos térmicos que se aplican en la industria se realizan con aparatos conocidos como intercambiadores de calor. Existen numerosos tipos con características diferentes, y su elección se realizará en función del tratamiento que se quiera aplicar.

Dos tipos de intercambiadores de calor usados en la industria láctea (izquierda) intercambiador de placas, (derecha) intercambiador tubular

4. Servicios auxiliares necesarios

La industria láctea es un tipo de industria muy específico que posee instalaciones, maquinaria y procesos muy concretos. Pero como cualquier industria necesita de determinados servicios generales para su funcionamiento.

Estos servicios generales se denominan servicios auxiliares y son comunes a prácticamente todas las actividades industriales. Lógicamente, los servicios auxiliares se diseñarán y dimensionarán en función del tipo de industria en el que se implanten, pero son similares en todas ellas.

Nota

En muchos libros de texto se aborda este tipo de servicios auxiliares como instalaciones complementarias.

Los servicios auxiliares suelen agrupar todo lo relativo a:

1 Suministros de energía y agua.

2 Mecanismos para mover fluidos (agua, aire, leche, etc.) y conducirlos por la planta a los lugares donde sean requeridos.

3 Red de conducciones y elementos que integran dichas conducciones (tubos, codos, válvulas, tanques, etc.).

4 Instalaciones para el tratamiento de las aguas que entran y salen de la planta.

5 Instalaciones para el tratamiento del aire que circula por la planta.

6 Instalaciones para la producción de:

1 Calor: fundamental para poder aplicar los tratamientos térmicos a la leche y realizar la correcta limpieza de instalaciones y equipos.

2 Frío: fundamental para enfriar la leche a temperaturas de almacenamiento o adecuar su temperatura a las requeridas en los diferentes procesos.

3 Aire comprimido: fundamental para los automatismos neumáticos tan frecuentes en la industria láctea.

5. Espacios diferenciados

En cualquier actividad industrial es fundamental la realización de un buen diseño de las salas y locales que compondrán la planta, pero, ¿cómo se han de separar los distintos locales para conseguir producciones eficientes? Esto se hace a través de los espacios diferenciados.

Existen separaciones de espacios lógicas dentro de las industrias, que cualquier persona, haya trabajado o no en ellas, puede determinar sin mucho esfuerzo (a nadie se le ocurriría poner un retrete dentro de un almacén de materias primas, o un almacén de productos inflamables al lado de una caldera).

En toda industria es básico tener una buena separación de los locales que compondrán la planta y estas separaciones serán mucho más exigentes en industrias que procesan alimentos, como es el caso de la industria láctea.

Ejemplo

Imagine una planta que procesa postres lácteos, por ejemplo natillas, y que usa varios aditivos para su elaboración: un colorante y un espesante. Ambos aditivos se comercializan en polvo, en sacos de 2 kilogramos.

Imagine ahora que en esta industria se usa el mismo almacén para guardar los aditivos y los productos de limpieza, entre los que hay un detergente concentrado en polvo, también en sacos de 2 kilogramos. Se podrían producir dos situaciones:

1 Si ambos productos se encuentran en el mismo almacén es fácil que por un despiste, el operario que se encarga de coger, pesar y añadir los aditivos a la mezcladora coja por error el detergente.

2 Otra situación que se podría dar es que después de coger los aditivos, el operario se deje los sacos abiertos, y caiga detergente dentro por cualquier motivo.

En el mejor de los casos, cualquiera de las dos situaciones anteriores puede desembocar en la pérdida de un lote entero de producción con el consiguiente gasto que eso supone para la industria.

Pero si no se detecta dicha contaminación de detergente, y el producto llega a salir al mercado, el resultado será mucho peor, ya que puede producir intoxicaciones en el consumidor final, pudiendo originar graves pérdidas económicas, desprestigio de la imagen, juicios, indemnizaciones, etc.

Actividades

6. Reflexionar sobre el ejemplo anterior. Proponer otras dos situaciones similares que justifiquen la separación de locales.

5.1. Sala de fabricación

La sala de fabricación es la estancia más “delicada” dentro de la planta de producción de una industria láctea, ya que en ella se procesan alimentos muy susceptibles de ser contaminados.

A esta sala se la suele denominar sala blanca, ya que debe ser una sala sin ningún tipo de contaminación, tanto por seguridad alimentaria, como por seguridad tecnológica.

Las fuentes de contaminación son numerosas (microbiana, física, química, biológica) y han de evitarse a toda costa. Será obligación de todos los integrantes de la plantilla respetar las normas de higiene para impedir cualquier contaminación de los productos que se procesan. Para ello es fundamental partir de salas de fabricación independientes del resto de locales de la planta. Además no comunicarán nunca directamente con la calle, con los aseos ni con los vestuarios.

Muchas industrias usan sistemas de desinfección en los accesos a la sala de fabricación: pueden ser simples pediluvios para desinfectar el calzado o sistemas más complejos basados en duchas de aire con sistemas de exclusas con doble puerta no simultánea que impiden la entrada de cualquier contaminación del exterior al interior de la sala de fabricación.

Pediluvio para desinfectar el calzado de los empleados

Duchas de aire estéril con sistema de exclusas no simultáneas

5.2. Sala de equipos auxiliares

La sala de equipos auxiliares alberga los sistemas que suministran frío, calor, aire comprimido, etc. y se la conoce normalmente como sala de máquinas.

Sabía que...

Se denomina sala de máquinas a los locales que albergan los equipos de producción de calor, frío y otros servicios auxiliares que tengan una potencia superior a 70 kilovatios (KW).

Esta sala se coloca separada del resto de locales por razones de seguridad, ya que en ella se encontrarán dispositivos como compresores, calderas, etc. los cuales tienen riesgo de incendio, explosión, etc.

Algunos de los requisitos que deben cumplir las salas de máquinas son:

1 No se podrá acceder a esta sala mediante aberturas practicadas en el suelo o en el techo.

2 Las puertas tendrán unas dimensiones que permitan el movimiento de la maquinaria que deba ser sacada para su reparación sin causar daño al resto de dispositivos, además contarán con sistemas de apertura fácil desde el interior aunque hayan sido cerradas con llave desde el exterior.

3 Se ha de colocar un cartel en el exterior que avise del tipo de sala (sala de máquinas) y que exprese la prohibición de entrar a toda persona ajena.

4 No habrá tomas de ventilación que comuniquen con otros locales cerrados.

5 Los cerramientos no permitirán filtraciones de humedad y habrá un sistema eficaz de desagüe, bien por gravedad bien por bombeo.

6 El cuadro eléctrico de protección y mando de los equipos instalados en la sala o, por lo menos, el interruptor general, estará situado en las proximidades de la puerta principal de acceso. Este interruptor no podrá cortar la alimentación al sistema de ventilación de la sala.

7 En las salas catalogadas “de alto riesgo” el cuadro eléctrico de protección y mando de los equipos instalados en la sala o, por lo menos, el interruptor general y el interruptor del sistema de ventilación, deben situarse fuera de la misma y en la proximidad de uno de los accesos.

8 En el interior de la sala de máquinas figurarán, visibles y debidamente protegidas, las indicaciones siguientes:

1 Instrucciones para efectuar la parada de la instalación en caso necesario, con señal de alarma de urgencia y dispositivo de corte rápido.

2 Nombre, dirección y número de teléfono de la persona o entidad encargada del mantenimiento de la instalación.

3 Dirección y número de teléfono del servicio de bomberos más próximo y del responsable del edificio.

4 Indicación de los puestos de extinción y extintores cercanos.

Nota

Se considera sala de máquinas de alto riesgo aquella que trabaja con agua a más de 110 ºC. En muchas industrias lácteas se aplican tratamientos térmicos altos (algunas necesitan temperaturas de hasta 150 ºC), por lo que muchas industrias lácteas poseen salas de máquinas catalogadas como de alto riesgo.

La sala de equipos auxiliares se colocará de tal forma que pueda abastecer a toda la planta de una forma óptima, pero siempre de manera independiente, es decir, sin compartir espacio con otras instalaciones.

Sala de equipos auxiliares de una industria láctea con compresor, caldera y equipo de ósmosis inversa

Existen otras salas importantes dentro de las industrias, como son los almacenes, vestuarios, laboratorio, locales de mantenimiento, oficinas, etc.

Actividades

7. Buscar información acerca de cómo han de ser los vestuarios de una industria. (Si usted ha trabajado, o trabaja en alguna, puede describir ese directamente).

8. Describir cómo han de ser las taquillas y los lavamanos que se encuentran en un vestuario.

9. Buscar información acerca de los tipos de almacenes que se pueden encontrar en una industria láctea.

6. Sistemas automatizados utilizados en los tratamientos previos: tipos y funcionamiento

La industria láctea actual tiende, cada vez más, a una gran automatización y especialización de sus procesos y rutinas de trabajo.

Para la automatización de cualquier proceso industrial son necesarios varios elementos básicos. Estos son:

1 Sensores.

2 Controladores.

3 Elementos finales de control.

6.1. Sensores

Los sensores son aquellos aparatos capaces de detectar una señal y medirla para transmitir dicha información.

Los sensores más usados en la industria láctea son los siguientes:

1 Sensores de temperatura o termómetros: la señal que miden es la temperatura. Estos sensores son utilizados desde que la leche entra en la planta en la fase de recepción, hasta que el producto terminado abandona la fábrica. Todos los procesos que se realizan en la industria láctea requieren temperaturas concretas para su correcta ejecución y esta temperatura se mide con los sensores de temperatura.

2 Sensores de presión o manómetros: son aquellos aparatos encargados de medir la presión. Al igual que pasa con la temperatura, muchos procesos necesitan realizarse a una determinada presión, y esta se mide y registra con los manómetros.

3 Sensores de caudal o caudalímetros: son aparatos que, acoplados a las conducciones, permiten determinar la cantidad de líquido que pasa por la conducción por unidad de tiempo.

4 Sensores o sondas de nivel: son aparatos que detectan el nivel de líquido existente en un tanque. Suele haber dos en cada tanque, uno en la parte de arriba y otro en la parte de abajo y son necesarios para automatizar la carga y descarga de los distintos tanques que se encuentran en el proceso.

5 Sensores de conductividad eléctrica o conductivímetros: basándose en la conductividad eléctrica de los líquidos son capaces de medir concentraciones. Se usan sobre todo en las instalaciones de limpieza automática (llamadas C.I.P. que son las siglas inglés de Cleaning In Place, o limpieza in situ) para determinar la concentración de detergente que lleva el agua empleada en dicha limpieza.

Existen otros muchos sensores empleados en la industria láctea, como higrómetros (miden humedad), texturómetros (miden parámetros de textura), sensores de presión, etc., pero no suelen aparecer en las operaciones de tratamientos previos.

Distintos tipos de sensores utilizados en la industria láctea. De izquierda a derecha: termómetro, manómetro y caudalímetro

6.2. Controladores

Son los elementos que reciben la señal enviada por el sensor. Estos controladores son programados para actuar de una u otra forma en función de la señal que les manda el sensor.

Los controladores, por tanto, reciben la información del sensor, la procesan y en función de su programación mandan la orden correspondiente a la unidad final de control para que actúe sobre el sistema.

Existen diferentes tipos de controladores en función de sus características. Estos son:

1 Controladores tipo on-off o todo o nada. Son los más básicos y están programados para tomar decisiones del tipo “abrir-cerrar”, “subir-bajar”, sin posiciones intermedias. Se encuentran por ejemplo en los tanques. Ejemplo: cuando el sensor de nivel detecta que el tanque está lleno el controlador manda la orden de cerrar totalmente la válvula de entrada de leche.

2 Controladores proporcionales (P). Se usan para mantener variables determinadas en valores constantes dentro de un rango. Este controlador tiene tiempos de respuesta algo largos, y no es capaz de controlar la variable con mucha exactitud, por lo que no se emplea mucho en la industria láctea. (Podría usarse para mantener la temperatura de un tanque entre 20 y 30 ºC).

3 Controladores proporcionales-integrales (PI). Son capaces de mantener una variable controlada en un valor concreto. Si se necesita, por ejemplo, mantener una temperatura a 30 ºC exactos se podrá utilizar este tipo de controlador, ya que en cuanto el controlador detecte que esta sube o baja, manda la orden de actuar. Tiene tiempos de respuesta más cortos que los controladores proporcionales (P) pero que no son válidos para algunos procesos porque, aunque actúan relativamente rápido, tardan varios segundos en corregir el error y fluctúan bastante hasta corregirlo. Se podrán utilizar estos controladores en operaciones que requieran una temperatura, presión, etc. determinadas, pero en los que no importe demasiado que la corrección se produzca pasados varios segundos.

4 Controladores proporcionales-integrales-derivativos (PID). Son similares a los controladores PI pero con tiempos de respuesta más cortos. Además consiguen corregir el error sin apenas fluctuar, por lo que son los controladores más eficaces (y también los más caros). Se suelen usar en procesos que requieren el control exacto y rápido de una variable y sin realizar fluctuaciones. En los tratamientos previos son los controladores que se utilizan para regular la temperatura en los tratamientos térmicos.

Controlador P/PI y controlador PID

6.3. Elementos de control final

Los elementos de control final son los elementos o dispositivos encargados de llevar a cabo las acciones que les ordena el controlador en función de las señales que este recibe del sensor.

En su mayoría, los elementos de control son válvulas de tipo eléctrico o neumático, que al abrirse o cerrarse en mayor o menor medida, corrigen las variables sobre las que actúan.

Válvula de accionamiento eléctrico y válvula de accionamiento neumático

6.4. Ejemplo general de automatización

Imagine una planta que se dedica a la elaboración de yogurt.

Después de fabricar el último lote del turno llega el momento de realizar la limpieza de los equipos. Esta limpieza se realiza mediante un sistema automático (C.I.P.) que realiza varios ciclos de lavado: bombea por la instalación agua con detergente alcalino, agua con detergente ácido y finalmente realiza un aclarado.

La mezcla de agua con los distintos detergentes la ejecuta la instalación C.I.P. de forma automática en base a unos valores de concentración necesarios y exactos para realizar correctamente dicha operación de limpieza.

Los elementos de que constará la instalación para automatizar la dosificación de detergente serán los siguientes:

1 Sensor: para medir la concentración de detergente que se encuentra en la mezcla realizada por la instalación se necesita un conductivímetro.

2 Controlador: el controlador necesario será de tipo PI o PID, ya que se necesita mantener una concentración exacta, y que esta concentración no se desvíe de lo establecido. El mejor es el tipo PID, pero por razones económicas se suele usar el tipo PI, que aunque tarda algo más en corregir el error, y fluctúa, es suficiente para esta operación.

3 Elementos de control final: en este caso, los elementos de control final serán:Válvula que regula el caudal o flujo de agua.Válvula que regula el caudal o flujo de detergente.

4 Secuencia de automatización: la secuencia del proceso de automatización, o la forma en que los diferentes elementos interactúan sería la siguiente:

1 El conductivímetro (sensor) mide en todo momento la concentración (en realidad mide la conductividad eléctrica que se traduce en una concentración determinada) y manda la información al controlador.

2 Cuando el controlador detecta que la concentración sube o baja del valor establecido ordena a los elementos de control que actúen para corregir el error.

3 Las órdenes dadas por el controlador podrían ser las siguientes:

1 Abrir más la válvula que regula el flujo de detergente si la concentración es menor que la establecida.

2 Cerrar más la válvula que regula el flujo de detergente si la concentración sube por encima del valor establecido.

Nota

También podría hacerse indicando las siguientes acciones:

1 Abrir más la válvula que regula el flujo de agua si la concentración sube del valor establecido.

2 Cerrar más la válvula que controla el flujo de agua, si la concentración baja del valor establecido.

Aplicación práctica

Imagínese un depósito que consta de una doble pared por la que puede fluir agua fría y agua caliente para realizar tanto su refrigeración como su calentamiento en función de las necesidades del proceso.

Apoyándose en el ejemplo general de automatización propuesto anteriormente, establezca el tipo de sensor, tipo de controlador y elementos finales de control necesarios para mantener la temperatura del depósito constante de forma automática entre 30 y 40 ºC. ¿Cómo interactúan el sensor, el controlador y los elementos de control?

SOLUCIÓN

El sensor necesario para medir la temperatura será un termómetro.

El controlador necesario será de tipo proporcional (P), ya que se necesita mantener la temperatura dentro de un rango (entre 30 ºC y 40 ºC).

Los elementos de control final serán:

1 Válvula que regula el caudal o flujo de agua caliente.

2 Válvula que regula el caudal o flujo de agua fría.

El modo de actuación de los distintos elementos sería:

El termómetro mide la temperatura y le manda la información al controlador. Cuando este detecta que la temperatura se sale del rango de 30-40 ºC activa los elementos finales de control:

1 Abrirá la válvula de agua fría si la temperatura sube de 40 ªC.

2 Abrirá la válvula de agua caliente si la temperatura baja de 30 ºC.

7. Requisitos higiénico-sanitarios de las instalaciones

Las industrias alimentarias son muy exigentes en los temas de higiene, ya que procesan productos que van a ser consumidos por seres humanos.

La industria láctea es, si cabe, una de las más delicadas, ya que manipula un producto que se degrada muy rápidamente.

Los requisitos higiénico-sanitarios que deben cumplir las industrias dedicadas al sector lácteo son muy rigurosos en lo relativo a los materiales de los equipos en contacto con los productos, materiales de las salas de fabricación, puertas, ventanas, etc.

A continuación se muestra qué requisitos han de cumplir estas instalaciones.

7.1. Normas generales de construcción y diseño

Generalmente se recomienda que los locales sean amplios y estén diseñados de forma que su limpieza se pueda realizar fácilmente, sobre todo los destinados a almacenar materias primas, productos semi-terminados, productos terminados y material de acondicionamiento, y en mayor medida, las salas o locales de fabricación.

Contarán con un pavimento liso y sin esquinas, paredes lisas, sin ángulos muertos y fáciles de limpiar.

Sala de fabricación con suelos y paredes lisos

Las materias primas, productos semi-terminados, terminados y material de acondicionamiento nunca se almacenarán directamente en el suelo, sino que deberán de ir sobre palés.

Vista de un almacén donde todos los productos van sobre palés

Se ha de contar con programas de desinsectación y desratización que generalmente realizan empresas especializadas. Estos programas han de contar con fichas técnicas con información sobre qué tipo de productos usan, toxicidad, periodicidad de aplicación, etc.

7.2. Sala de fabricación o sala blanca

Los tratamientos previos que se dan a le leche se hacen justo después de la fase de recepción.

Estos tratamientos previos son el punto de partida del proceso productivo y por ello la maquinaria destinada a aplicar estos tratamientos se encuentra dentro de la sala de fabricación, en la parte inicial del proceso.

Requisitos

Los requisitos que debe cumplir esta sala se muestran a continuación.

Materiales utilizados

Respecto a los materiales utilizados se realizan las siguientes recomendaciones:

1 Deben ser de la calidad suficiente para que permitan obtener paredes, suelos y techos de superficie lisa, además de no desprender partículas.

2 Cuando los suelos se construyen de cemento pulido, estos deben ir recubiertos de una capa de resina epoxi, de consistencia y resistencia adecuada. Es conveniente que el recubrimiento lo aplique una empresa especializada.

3 Si se utiliza cemento sin pulir aparecerán rápidamente grietas.

4 Cuando se utilizan suelos de terrazo debe prestarse atención a las juntas para que no se vayan deteriorando.

5 En las esquinas no debe haber ángulos, lo que se logra redondeándolas o utilizando perfiles de acero sellados a los muros.

6 Las paredes deben ser resistentes al agua, pudiendo recubrirse con azulejos. Todos los materiales deberán resistir la aplicación de los productos de limpieza agresivos que se emplean.

7 Si es necesario utilizar mamparas, estas deben ser de duraluminio o plástico. Cuando existen ventanas en los muros, estas deben ser de aluminio y preferiblemente de acero inoxidable. Los cristales estarán sellados con silicona o juntas de goma.

8 Las conducciones, puntos de luz y aparatos de ventilación deberán ser también fáciles de limpiar.

9 Se recomienda usar colores claros en suelos, paredes y techos para identificar mejor los restos de suciedad.

Sabía que...

El duraluminio es una aleación que pertenece a la familia de las aleaciones de aluminio-cobre y fue creado por primera vez en 1909 por el alemán Alfred Wilm en la ciudad de Duren. La composición química fundamental del duraluminio es cobre (2,5-4,5%), silicio (0,3-0,9%), magnesio (0,3-1,0%), manganeso (0,5-0,8 %) y el resto es aluminio. Esta aleación confiere mayor resistencia mecánica al aluminio, y mejores propiedades anticorrosión.

Actividades

10. Decidir sobre la elección entre un suelo liso y una a base de losetas (ambos permitidos en las salas de fabricación).

11. Señalar de qué color deberá ser la ropa del operario que trabaja en producción. Justificar la respuesta.

Sumideros

Respecto a los sumideros utilizados en la industria láctea se realizan las siguientes recomendaciones:

1 Habrá tantos sumideros como sean necesarios para absorber todos los flujos que se puedan generar en la sala (limpieza, derrames de leche o producto, etc.). Estos sumideros serán de un tamaño adecuado y dispondrán de sifones para evitar los malos olores.

2 Tanto los sumideros como los sifones se han de limpiar y desinfectar periódicamente.

Imagen de un sumidero y esquema de funcionamiento de un sifón:el nivel de agua constante evita el ascenso de los malos olores de las tuberías

Comunicación con el exterior

Respecto a la comunicación con el exterior se realizan las siguientes recomendaciones:

1 Las ventanas, si las hay, estarán herméticamente selladas no permitiendo el paso de aire del exterior. Por lo tanto, la ventilación de la sala de fabricación se realizará de forma mecánica. El aire que entre y salga de esta sala deberá ser correctamente filtrado y acondicionado.

2 Las puertas nunca comunicarán con la calle. El personal debe evitar siempre pasar de la sala de producción al exterior directamente. La comunicación con el resto de salas deberá ser a través de exclusas de doble puerta no simultánea y ducha de aire para evitar contaminaciones provenientes del exterior (estos sistemas son los recomendados, pero muchas industrias carecen de ellos por el alto coste que suponen).

Planes de limpieza

La sala de fabricación y todos los equipos se limpiarán diariamente al menos una vez. Si durante un mismo turno o jornada se cambia el producto a elaborar se realizará una limpieza completa de los equipos e instalaciones.

Se realizará una limpieza periódica de toda la planta una vez al año, lo que conlleva la parada total de la actividad de la planta durante el tiempo que dure la limpieza.

Personal

Respecto al personal empleado en la industria láctea se realizan las siguientes recomendaciones:

1 El personal que trabaja en una planta láctea tiene que cumplir una serie de normas de higiene personal y seguir unos protocolos de lavado de manos cuando manipula alimentos.

2 También deberá prestar atención a la indumentaria necesaria para acceder a la planta de producción. Deberá llevar todo el equipo facilitado por la empresa (guantes, cubrecabezas, botas, ropa, etc.).

3 En la zona de producción está prohibido:Comer, beber, fumar, e incluso usar perfumes, colonias y artículos de cosmética.Guardar comida, bebida, tabaco, accesorios de fumador, móviles, medicamentos o cualquier objeto personal que pueda interferir con la fabricación.

Guantes, cubrecabezas y mascarilla empleados en la industria alimentaria

Calzado y chaleco empleado en la industria alimentaria

Operario en su puesto de trabajo

8. Medidas de prevención y protección de riesgos laborales

En cualquier industria es necesario contar con unas medidas de prevención y protección de riesgos laborales.

Los riesgos asociados a las industrias lácteas se pueden enumerar en los siguientes:

1 Riesgo por trabajos en espacios cerrados: asfixia.

2 Riesgo de atropello o accidentes por vehículos, como carretillas, etc.

3 Riesgo biológico.

4 Riesgo por caída a distinto nivel.

5 Riesgo por caída al mismo nivel.

6 Riesgo por contacto térmico: calor.

7 Riesgo por corte y golpes con objetos o herramientas.

8 Riesgo por exposición a temperaturas extremas: frío.

9 Riesgo de incendio o explosión.

10 Riesgo por sobreesfuerzo.

11 Riesgo por exposición a sustancias químicas.

12 Riesgos diversos debidos a la maquinaria.

13 Riesgo por ruido.

14 Riesgo por contacto eléctrico.

Para evitar estos riesgos, el operario deberá poner especial atención a todas las señalizaciones existentes en la fábrica y respetarlas. Si en cualquier momento el operario duda sobre alguna acción deberá preguntar al responsable más cercano (jefe de equipo, sección etc.) antes de realizar acciones que puedan poner en peligro su integridad, o la de otros.

Las señales de seguridad existentes en cualquier industria se pueden dividir en función del tipo de mensaje que transmiten: prohibición (borde en rojo), obligación (en azul), alarma (en amarillo), contra incendios (fondo en rojo), salvamento (en verde).

Algunas señales de seguridad

De igual modo, el operario deberá usar todos los Equipos de Protección Individual (E.P.I.) que se le faciliten para evitar posibles daños o lesiones. Los Equipos de Protección Individual más frecuentes son las mascarillas, protectores auditivos (tapones de cera o goma, cascos, filtros auditivos), guantes, gafas, viseras, zapatos de seguridad con protecciones en la puntera (mantenimiento/almacén), etc.

Equipos de Protección Individual (E.P.I.) usados en las industrias

El operario deberá tener en todo momento una postura cómoda y relajada que le permita trabajar de forma óptima, evitando así el riesgo de lesiones. Prestará especial atención a la manipulación de cargas pesadas, realizando estas operaciones de forma adecuada para evitar daños físicos.

Nota

De forma general se recomienda subir y bajar cargas flexionando las rodillas en vez de doblar la espalda.

Si en algún momento el operario necesita manipular el interior de la maquinaria, lo hará con esta totalmente parada, es decir, con las “setas” de emergencia en posición de parada.

9. Mantenimiento de primer nivel de instalaciones y equipos

En cualquier industria de cualquier sector existe la llamada área o departamento de mantenimiento que se encarga de prevenir y reparar los fallos que se produzcan en la maquinaria, tanto a nivel eléctrico como mecánico. Este departamento estará integrado por personal cualificado con conocimientos tanto de electricidad como de mecánica y realizará tareas especificas de este departamento.

Pero además del trabajo desarrollado por esta área existe lo que se conoce como mantenimiento de primer nivel de las instalaciones.

Este mantenimiento de primer nivel no es más que el mantenimiento que el operario puede y debe hacer en el entorno de su puesto de trabajo y para el que no se necesitan conocimientos ni preparación específica. El departamento de mantenimiento será el que delimite la formación básica que impartirá a los operarios para que sus actuaciones en la máquina que opera sean eficaces.

Entre las actividades de mantenimiento de primer nivel, la más importante que un operario de industria láctea debe realizar es la referente a limpieza e higiene de equipos y puesto de trabajo.

Como ya se sabe, la contaminación de las materias primas y los productos que se elaboran en la industria láctea son los mayores problemas que surgen en este sector, ya que pueden suponer la pérdida de grandes cantidades de material. Si además la contaminación se produce en el producto terminado, las pérdidas serán aún mayores, ya que se habrá invertido energía, materias primas, personal, etc. para acabar con el producto retirado de forma irrecuperable. En el peor de los casos, los productos contaminados pueden salir al mercado pudiendo provocar intoxicaciones, y alertas alimentarias.

De aquí se obtiene la conclusión de que el mantenimiento más exhaustivo que se debe realizar en una industria láctea es el referente a la higiene y limpieza de los equipos e instalaciones para prevenir el riesgo de contaminación.

Se deben cumplir escrupulosamente todos los programas de limpieza de instalaciones y equipos, siguiendo los protocolos marcados por la empresa y verificando y validando dichas limpiezas por parte del departamento de control de calidad.

Igualmente, el personal debe cumplir las normas de higiene personal cuando entra y sale de los locales de fabricación, utiliza el aseo, etc.

También es labor del operario el informar acerca de posibles anomalías en el proceso. Nadie mejor que él conoce la rutina de operación de la maquinaria con la que trabaja y deberá estar atento ante posibles disfunciones, como ruidos extraños, vibraciones, etc. para evitar problemas mayores.

Cuando un operario detecte algún fallo que exceda sus competencias en el mantenimiento de primer nivel tendrá que avisar al departamento de mantenimiento para que sean ellos los encargados de solucionar el problema.

Recuerde

El mantenimiento de primer nivel es el que el operario realiza en las inmediaciones de su puesto de trabajo.

10. Resumen

A modo de resumen se puede decir que los tratamientos previos son los procedimientos que se aplican a la leche para prepararla para su posterior procesado y transformación.

Los objetivos generales que buscan estas operaciones son:

1 Obtener una materia prima estandarizada, necesaria para conseguir producciones homogéneas a lo largo del año.

2 Obtener una materia prima con unas características higiénico-sanitarias que cumplan con la normativa vigente.

3 Obtener una materia prima con unas características tecnológicas óptimas para su procesamiento y transformación.

Se realizan al inicio del proceso productivo, justo después de la fase de recepción, y se ubican dentro de la sala o local de fabricación.

Los tratamientos previos se agrupan en cuatro tipos que son:

1 Centrifugación:Higienización de la leche.Desnatado.

2 Normalización o estandarización.

3 Homogeneización.

4 Tratamientos térmicos.

Para poder llevar a cabo estos tratamientos previos es necesario disponer de una serie de instalaciones auxiliares que abastecen de energía, calor, frío, aire comprimido, etc. a todo el proceso a través de una red de conducciones con sus correspondientes válvulas, bombas, depósitos, etc. Estas instalaciones se ubicarán en salas independientes por motivos de seguridad.

Para que estas operaciones y todas las demás que se desarrollan en la planta se realicen de forma correcta y eficaz es necesario disponer de un buen mantenimiento de la higiene de las instalaciones, equipos y personal para evitar cualquier contaminación.

Ejercicios de repaso y autoevaluación

1. Como norma general, ¿qué se recomienda a la hora de diseñar la ordenación de los distintos locales que integran una industria?

2. Describa los siguientes términos.

1 Flujo de proceso.

2 Volumen de producción (y forma más común de expresar este dato).

3. Para la realización de un correcto diseño y dimensionado es fundamental conocer...

1 ... volumen y flujo de producto que se procesa en la planta.

2 ... flujo de producción y tamaño de la maquinaria.

3 ... personal y volumen de los locales.

4 ... flujo del proceso y volumen de producción.

4. ¿Qué son las operaciones básicas que se aplican en la industria? ¿En qué tipo de industrias lácteas se realizan?

5. De las siguientes afirmaciones señale cuáles son verdaderas o falsas.

Los tratamientos previos preparan la leche para su posterior transformación y por eso se realizan en la fase final del proceso.

1 Verdadero

2 Falso

Las operaciones que se realizan en la fase de recepción no son consideradas como tratamientos previos.

1 Verdadero

2 Falso

El departamento de calidad puede rechazar la descarga de leche a la planta si esta no cumple con los criterios marcados solamente por la empresa.

1 Verdadero

2 Falso

Es preferible que la leche contenga aire, ya que este la protegerá cuando se le apliquen los tratamientos térmicos.

1 Verdadero

2 Falso

6. Enumere los cuatro grupos en los que se encuadran los tratamientos previos.

7. Defina de forma breve los siguientes términos.

1 Centrifugación.

2 Normalización.

3 Homogeneización.

4 Tratamientos térmicos.

8. Relacione los siguientes elementos.

1 Desnatado.

2 Homogeneización.

3 Filtro de recepción.

4 Higienización.

1 Separa partículas de un tamaño relativamente pequeño.

2 Evita que se separe la grasa de la leche.

3 Separa la grasa de la leche.

4 Separa partículas de un tamaño relativamente grande.

9. ¿Qué son los servicios auxiliares, y en qué tipo de industrias se aplican?

10. Complete la siguiente oración.

La sala de fabricación es la estancia más “________” dentro de la planta de producción de una industria láctea, ya que en ella se procesan ___________que son muy susceptibles de ser ____________.

A esta sala se la suele denominar ____ __________, ya que debe ser una sala sin ningún tipo de ______________, tanto por seguridad _____________, como por ____________ ____________.

Las fuentes de contaminación son numerosas (microbiana, física, química, biológica, etc.) y se han de ______ __________ ______ ________.

11. Localice seis tipos de sensores utilizados normalmente en automatización y diga qué variable miden.

12. Defina los cuatro tipos de controladores que se emplean en automatización y dé alguna característica de ellos.

13. ¿Se puede pasar del local de producción a la calle o vestuarios directamente? ¿Qué sistemas se pueden utilizar a la salida de los vestuarios y en los accesos a la sala de fabricación para evitar contaminaciones?

14. Cite al menos tres características que han de tener los materiales usados en los locales de producción.

15. Cite al menos seis riesgos asociados a las industrias lácteas.

Capítulo 2

Sistemas y servicios auxiliares para el tratamiento de la leche

1. Introducción

Los servicios auxiliares son aquellos servicios e instalaciones que suministran los elementos básicos para poder desarrollar cualquier proceso industrial (energía, agua, calor, frío, aire comprimido, etc.).

De igual manera, los servicios auxiliares necesitan de un sistema para poder hacer llegar los suministros que producen a los puntos de la planta donde son requeridos. Este sistema es el formado por toda la red de conducciones, válvulas, bombas, tanques y demás elementos que lo componen.

Esta red de conducciones, con sus diferentes elementos, servirá además para comunicar todos los equipos entre sí y poder mover los productos (materias primas, productos semiterminados, productos terminados, etc.) a través de las distintas operaciones hasta el final del proceso.

En este capítulo se verá con más detalle qué servicios auxiliares concretos son necesarios para poder llevar a cabo los tratamientos previos que se aplican a la leche (tipos de dispositivos, elementos que los integran, etc.), y cuál es su funcionamiento.

2. Elementos auxiliares

Antes de ver los distintos dispositivos que integran los servicios auxiliares es necesario saber qué elementos integran la red que abastece los diferentes procesos con los flujos requeridos (calor, frío, aire comprimido, etc.).

2.1. Tipos de bombas

Las bombas son elementos indispensables en cualquier actividad industrial que requiera mover fluidos en alguna parte del proceso.

Generalidades

La industria láctea, cuya materia prima básica es la leche, necesita numerosas bombas en sus instalaciones para poder desarrollar su actividad.

Una definición más técnica de bomba podría ser la siguiente: “una bomba es aquel dispositivo que se emplea para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases, es decir, aquel dispositivo que mediante la realización de un trabajo consigue mantener un fluido en movimiento al aumentar la presión o energía cinética de este”.

Sabía que...

Arquímedes (matemático y físico griego) fue capaz de crear un sencillo sistema similar a una bomba en el año 300 antes de Cristo. Este dispositivo conseguía mover líquidos gracias a un tornillo que giraba dentro de una carcasa. Este instrumento es conocido como “tornillo de Arquímedes”.

Las bombas que se utilizan para realizar el movimiento de gases y vapores son denominadas compresores.

Los objetivos del uso de las bombas son:

1 Incrementar la energía cinética de un fluido.

2 Incrementar su energía potencial.

3 Vencer las resistencias por fricción (pérdidas de carga).

Existen muchos tipos de bombas y su elección se realizará en función de las necesidades que se tengan en la planta y el presupuesto de que se disponga.

Los componentes básicos de los que consta cualquier bomba, sea cual sea el tipo, son dos: motor y cabezal. En función del tipo de bomba estos elementos cambiarán su estructura.

Elementos básicos de cualquier bomba: motor y cabezal

Para la elección de los materiales empleados en la construcción de las bombas se deben tener las siguientes consideraciones:

1 Aquellas partes en contacto con el producto serán de acero inoxidable y no cederán partículas y tampoco alterarán los productos.

2 Permitirán una correcta limpieza para asegurar la calidad higiénica de los productos procesados.

3 Serán resistentes a la corrosión y aguantarán los agresivos tratamientos de limpieza que se aplican en la industria láctea.

Recuerde

Sea cual sea el tipo de bomba constará de dos partes básicas: motor y cabezal.

Actividades

1. Recapacitar sobre el uso general de las bombas y citar, al menos, dos operaciones o aparatos no industriales que requieran su uso, como por ejemplo, sacar agua de un pozo mecánicamente.

Tipos de bombas

Los diversos tipos de bombas existentes se pueden agrupar en dos grandes categorías que son:

1 Bombas centrífugas:Bombas monoetapa.Bombas multietapa.

2 Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo.Bombas de pistón.Bombas de diafragma.Bombas lobulares.Bombas de tornillo excéntrico.Bombas peristálticas.

Bombas centrífugas

Consisten básicamente en un rodete que gira acoplado al motor. A su vez se clasifican en dos grupos: monoetapa y multietapa.

Bombas centrífugas monoetapa

Las bombas centrífugas monoetapa son las más usadas debido a su gran versatilidad.

Su funcionamiento consiste en un rodete que acoplado al motor mediante un eje gira a gran velocidad generándose una elevada fuerza centrífuga que impulsa el producto.

Los componentes de los que consta una bomba centrífuga son:

1 Motor: suele ser eléctrico. Es el que genera el movimiento necesario para que se produzca la aspiración del líquido.

2 Tubería de entrada o aspiración: es por donde se aspira el producto a impulsar.

3 Cabezal: este tiene dos partes básicas:Rodete: es la parte que acoplada al motor. Gira y aspira el líquido gracias a unas aspas que crean vacío.Voluta: es una carcasa que envuelve al rodete y es el lugar donde se recoge el líquido aspirado para dirigirlo a la tubería de salida o impulsión.

4 Tubería de salida o impulsión: es por donde sale el líquido que se quiere impulsar.

Esquema de una bomba centrífuga con sus partes y bomba centrífuga real, respectivamente

Estas bombas son muy utilizadas, ya que el coste de adquisición, funcionamiento y mantenimiento es bajo con respecto a otros tipos de bombas. Además pueden bombear cualquier tipo de líquido que tenga baja viscosidad, incluso si este tiene partículas (siempre que estas partículas sean menores a las ranuras de las aspas del rodete).

Por el contrario poseen algunas desventajas: no se pueden emplear en líquidos de alta viscosidad (muy frecuentes en la industria láctea, como yogures, batidos, natillas, natas de alto porcentaje en grasa, etc.). Además no pueden funcionar si no están llenas de líquido o si existe aire en la aspiración y son bastante agresivas con el producto que impulsan.

Bombas centrífugas multietapa

Tienen el mismo principio de funcionamiento que las bombas centrífugas monoetapa. La diferencia es que se superponen varios cabezales (etapas) sobre el eje de forma que el líquido va pasando por los distintos cabezales sucesivamente aumentando la presión.

Se pueden encontrar en posición horizontal, pero la manera más frecuente de hallar estas bombas es de forma vertical, con el motor hacia arriba.

Son dispositivos poco empleados en la industria láctea y se suelen utilizar en operaciones que requieren relaciones de presión/caudal elevadas.

Esquema de una bomba centrífuga multietapa con sus diferentes partes y bomba centrífuga multietapa real, respectivamente

Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo

Son más recomendables ya que por lo general tratan con suavidad el producto, pero son mucho más caras.

Básicamente son bombas de pistón, cuyo funcionamiento, de forma resumida, consiste en recorrer un cilindro con un vástago.

Son bombas que desplazan una cantidad fija de líquido en cada movimiento alternativo o a cada vuelta del rotor, independientemente de la presión existente en la línea de impulsión.

Entre estas destacan las que se muestran a continuación.

Bombas de pistón

Estas bombas se emplean cuando es necesario alcanzar elevadas presiones, como ocurre en los homogeneizadores utilizados en la operación de homogeneización.

El cabezal de este tipo de bombas consta de uno o varios pistones que mediante un movimiento alternativo (adelante y atrás) consiguen realizar la impulsión del líquido. También consta de dos válvulas que regulan el sentido del flujo e impiden el retroceso de este.

Esquema de funcionamiento de una bomba de pistón. La entrada o aspiración se representa en rojo y la salida o impulsión en morado

Como se puede observar en el esquema anterior, cuando el émbolo se desplaza hacia atrás la válvula de entrada se abre y el líquido entra, mientras que la válvula de salida permanece cerrada (antirretroceso).

Cuando el émbolo se desplaza hacia delante empuja a la válvula de entrada, cerrándola, de forma que el líquido no puede volver hacia atrás (antirretroceso) y abre la válvula de salida dejando que el líquido fluya.

En estas bombas el volumen del bombeo es independiente de la presión de descarga.

Bombas de diafragma

Parten del mismo principio que las bombas de pistón pero en este tipo de bombas el pistón es sustituido por un diafragma flexible.

El accionamiento del diafragma se puede realizar por medios neumáticos o mecánicos:

1 Medios neumáticos: no permiten presiones elevadas. Se utilizan para transportar productos que requieren un tratamiento suave.

2 Medios mecánicos: se suelen utilizar como bombas dosificadoras.

Esquema de una bomba de diafragma y bomba real, respectivamente

El caudal de bombeo puede modificarse de dos formas:

1 Variando el recorrido del diafragma.

2 Variando la frecuencia de pulsación.

Bombas lobulares

Las bombas lobulares son las bombas de desplazamiento positivo más usadas en la industria láctea ya que permiten trabajar con productos de elevada viscosidad. Además aplican un tratamiento suave al producto y permiten bombear fluidos con partículas gruesas en su seno, como mezclas de cuajada-suero, suero, natas, yogures, etc.

Las bombas lobulares constan de dos rotores con dos o tres lóbulos cada uno. El giro de estos rotores impulsa el producto en el espacio entre los lóbulos y la carcasa, produciendo un flujo continuo y sin pulsaciones.

Esquema de funcionamiento de una bomba lobular con rotores de dos lóbulos y bomba lobular real con rotores de tres lóbulos, respectivamente

Bombas de tornillo excéntrico

Están compuestas de un rotor de forma helicoidal que ajusta exactamente con la carcasa. El rotor está construido en acero inoxidable y las zonas de la carcasa en contacto con el rotor suelen ser de goma natural o sintética apta para su uso alimentario.

Este tipo de bombas suelen utilizarse en productos sensibles al estrés mecánico, productos con partículas y productos de alta viscosidad. Las aplicaciones son similares a las de las bombas lobulares.

Bomba de tornillo excéntrico

Recuerde

Las bombas centrífugas se emplean para fluidos de baja viscosidad y dan un tratamiento agresivo al producto, mientras que las bombas lobulares y las de tornillo excéntrico se emplean para productos de alta viscosidad y dan un tratamiento suave al producto.

Bombas peristálticas

Las bombas peristálticas se componen de una carcasa, una tubería flexible y un rotor con rodillos. Los rodillos comprimen el tubo contra la pared interna de la carcasa y al girar el motor desplazan el producto hacia delante. Simultáneamente se produce una aspiración: es lo que se conoce como bombas autocebantes.

Estas bombas no pueden operar a temperaturas superiores a 80 ºC, ni presiones superiores a 15 bares.

Se utilizan normalmente como bombas dosificadoras y para el vaciado de bidones.

Esquema de funcionamiento de una bomba peristáltica y bomba peristáltica real, respectivamente

Recomendaciones finales

Un fenómeno que se asocia al mal funcionamiento de las bombas es el conocido como cavitación. Este fenómeno, que se produce por las grandes variaciones de presión que se dan en el interior de la bomba, se pone de manifiesto con traqueteos, vibraciones y ruidos anómalos.

Puede acarrear diversos problemas, como estrés mecánico de los componentes de la bomba, reducciones del caudal y presión de salida de la bomba, así como alteraciones de productos que sean sensibles.

La cavitación se puede producir por diversos factores:

1 Cuando la bomba tiene que aspirar desde demasiada altura.

2 Cuando el caudal de alimentación de la bomba es demasiado bajo.

3 Cuando existe una elevada pérdida de carga en la conducción de aspiración de la bomba.

Por último se muestran algunas recomendaciones generales para que las bombas puedan realizar su trabajo correctamente:

1 La bomba debe encontrarse lo más cerca posible del tanque desde el que se va a impulsar el producto.

2 Evitar la presencia de codos o válvulas en el recorrido de la línea de aspiración.

3 La tubería debe ser del diámetro adecuado.

4 La bomba debe situarse por debajo del nivel mínimo del depósito (bombas centrífugas convencionales).

Aplicación práctica

Imagine un proceso de elaboración de natillas en el que se han de realizar las siguientes operaciones:

1. Bombeo de leche del tanque de recepción al tanque donde esta se procesa.

2. Dosificación de aditivos en formato líquido al tanque de proceso.

3. Bombeo del producto resultante (natillas) del tanque del proceso a las líneas de envasado.

Determine qué tipo de bombas serán las más recomendadas para llevar a cabo este proceso teniendo en cuenta el coste de las bombas y la delicadeza de los productos que intervienen: la leche en esta parte del proceso aguanta bien el estrés mecánico (no es muy delicada). Las natillas en cambio son muy delicadas y tienen una elevada viscosidad.

SOLUCIÓN

Para realizar el bombeo de leche se podrían emplear tanto bombas centrífugas como bombas de desplazamiento positivo, pero debido al alto coste de adquisición y mantenimiento que tienen estas últimas se emplearán las centrífugas. Además, según el enunciado, la leche en esta parte del proceso no es muy delicada.

Para realizar la dosificación de los aditivos líquidos se puede emplear o bien una bomba de diafragma con accionamiento mecánico, o bien una bomba peristáltica. En función del enunciado planteado, ambas serían aptas para esta operación de dosificación.

Para el bombeo del producto final se necesitará una bomba de desplazamiento positivo debido a la sensibilidad del producto. Si se utilizara una bomba centrífuga para bombear las natillas se degradaría la textura final. Se podría emplear una bomba lobular o una de tornillo excéntrico, ya que ambas permiten trabajar con productos de elevada viscosidad, como las natillas.

2.2. Válvulas

Las válvulas son elementos fundamentales para la conducción de fluidos. A continuación se explican sus características generales, su funcionamiento y los tipos más comunes empleados en la industria láctea.

Generalidades

Las válvulas son los elementos que junto a las conducciones o tuberías permiten transportar y conducir los fluidos de un punto a otro de la instalación.

Las válvulas realizan diferentes funciones en los circuitos, y por tanto, existen distintos tipos en base a estas funciones:

1 Conexión de circuitos.

2 Regulación de parámetros del proceso (presión, temperatura, etc.).

3 Control de fluidos.

Tipos de válvulas

Los tipos de válvulas más comunes son las válvulas de mariposa, de asiento, anti-retorno y de regulación de caudal.

Válvulas de mariposa

Este tipo de válvulas consta de un cuerpo dentro del cual gira un disco sobre un eje central. Dependiendo de la posición de este disco se permite, o no, el paso de fluido a través de la válvula.

El accionamiento de estas válvulas puede ser diverso: manual, eléctrico, neumático, etc. aunque el efecto es el mismo en todos los casos.

Esquema de una válvula de mariposa, válvula de mariposa de accionamiento manual y válvula de mariposa de accionamiento neumático, respectivamente

Válvulas de asiento

Estas válvulas están formadas por un obturador sujeto al final del vástago de la válvula y de un asiento en el que encaja el obturador.

Al accionar la válvula el vástago sube o baja encajando el obturador sobre el asiento e impidiendo el flujo.

Este tipo de válvulas pueden constar hasta de cinco vías, lo cual proporciona una gran versatilidad a la instalación.

Al igual que las válvulas de mariposa, estas también pueden ser accionadas de forma manual o automática (accionamiento mecánico, neumático, eléctrico, etc.).

Representación esquemática de una válvula de asiento de tres vías y representación real de sendas válvulas de dos y tres vías

Válvulas antiretorno

Las partes básicas de que constan las válvulas antirretorno son un asiento, un obturador y un muelle y su función fundamental es la de impedir que un fluido vuelva hacia atrás por la conducción.

Cuando el producto fluye en la dirección correcta la presión del fluido es suficiente para vencer la resistencia del muelle y permitir el paso.

En el caso de que el fluido entre en sentido contrario, tanto el muelle como la presión que este ejerce cierran la válvula aprisionando el obturador contra el asiento e impidiendo el retroceso del líquido.

Esquema de una válvula anti-retorno con sus partes básicas y válvula antirretorno real, respectivamente

El obturador, o parte que cierra el flujo, puede ser de varios tipos (cilindros, bolas, clapetas, etc.), pero todos funcionan igual.

En base a la resistencia con que se regule el muelle se determinará la presión que necesita la válvula para que se abra y así se acondicionará a los distintos procesos en los que se encuentre.

Válvulas de regulación de caudal

Este tipo de válvulas constan, normalmente, de un asiento y obturador de forma troncocónica y el vástago se acciona mediante un sistema de roscado.

El obturador se introduce en mayor o menor grado en el asiento, limitando el espacio para el paso de producto y controlando así el caudal y la presión del fluido en los equipos.

Esquema de funcionamiento de una válvula reguladora de caudal

Si se quiere automatizar la instalación, todas las válvulas que integren dicha automatización deberán ser de accionamiento automático con los diferentes tipos que existen: mecánico (válvula mecánica), eléctrica (electroválvula) y neumática (válvula neumática).

Sabía que...

Los grifos clásicos usados en sanitarios, cocinas, etc. son sencillamente válvulas de control de caudal más o menos embellecidas situadas en la pared, o sobre los aparatos mismos, con un accionamiento manual.

2.3. Tanques

Los tanques son aquellos elementos que se emplean para el almacenamiento de los diferentes fluidos que integran el proceso. Pueden almacenar fluidos que han de esperar a ser procesados, o bien fluidos a los que se les han de aplicar tratamientos discontinuos durante el proceso.

Los tipos de tanques que se pueden encontrar, en función de su aplicación, son los siguientes:

1 Tanques de almacenamiento (también llamados silos).

2 Tanques reguladores de nivel.

3 Tanques de mezcla.

4 Tanques de proceso.

5 Tanques asépticos.

Tanques de almacenamiento

Son tanques de gran volumen (existen modelos que superan los 100.000 litros de capacidad) y se sitúan en el exterior de las edificaciones. En la actualidad, la gran mayoría de silos o tanques de almacenamiento se colocan de forma vertical para ahorrar espacio.

Estos tanques tienen la misión de recibir la leche en la fase de recepción y almacenarla hasta su posterior procesado.

Son tanques isotermos, es decir, conservan la temperatura pero no generan frío.

Nota

Los tanques isotermos mantienen la leche a la temperatura que llega a la industria gracias una doble pared con aislamiento.

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 avisan de cuándo el depósito está lleno, y cuándo vacío (sondas de nivel), de la 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.

Finalmente disponen de una serie de válvulas de rebose y entrada de aire y otras que permiten realizar la carga y la descarga de la leche.

Diferentes partes de un silo de almacenamiento y depósitos reales en el exterior de una planta láctea, respectivamente

Actividades

2. Recordar lo visto en el capítulo anterior con respecto a la automatización e intentar determinar cómo se podría automatizar la carga y descarga de leche en un silo de almacenamiento.

3. Buscar información acerca de los problemas que puede causar el exceso de aire (oxígeno) en la leche.

4. Explicar por qué razón la carga y descarga de la leche se suele y se debe realizar por la parte inferior del tanque.

Tanques reguladores de nivel

Los tanques reguladores de nivel se utilizan básicamente para mantener el nivel de líquido constante en el depósito que alimenta una bomba con un determinado producto. Al mantener el nivel de producto constante en el depósito que alimenta una bomba se consigue evitar variaciones en la presión con la que se alimenta dicha bomba.

Se instalan normalmente delante de equipos que presenten un caudal de funcionamiento inferior al caudal suministrado por la línea de proceso, como por ejemplo, intercambiadores de calor, envasadoras, etc.

Dentro de los tanques encargados de regular el nivel se pueden encontrar dos sistemas diferentes para llevar el proceso a cabo:

1 Sistema de tanque regulador de nivel con flotador.

2 Sistema de tanque regulador de nivel con sondas de nivel.

Tanques de mezcla

Los tanques de mezcla se utilizan para realizar la mezcla de ingredientes o la incorporación de productos en polvo.

Estos tanques deben disponer de un sistema de agitación y mezcla que dependerá de los productos que se quieran mezclar.

La mezcla se puede realizar de dos formas:

1 Un único tanque en el que se añade el producto a mezclar a la leche que contiene el tanque.

2 Con un dispositivo previo al tanque que consta de una bomba y una tolva que efectúa la adición del producto.

Tanques de proceso

Los tanques denominados “de proceso” son aquellos en los que se realizan las transformaciones tecnológicas de los productos.

Los depósitos de proceso pueden ser de dos tipos:

1 De pared simple o doble con aislante. (Son tanques isotermos sin sistemas de refrigeración, similares a los de almacenamiento).

2 De doble pared hueca para el sistema de calentamiento y refrigeración. En este tipo de depósitos existen válvulas que gestionan la entrada y salida de agua y vapor por la doble pared del tanque para que este se refrigere o caliente en función de las necesidades.

Sus características, por tanto, dependerán del tipo de producto y proceso a realizar, como incubación del yogurt, preparación de cultivos, etc.

Depósito de proceso. Se destacan las partes que componen el sistema de calentamiento y refrigeración

Aplicación práctica

En las imágenes se muestran sendos tanques de almacenamiento y de proceso, respectivamente.

¿Dónde radica la diferencia fundamental entre estos dos tipos de tanques?

SOLUCIÓN

La diferencia fundamental entre el tanque de almacenamiento y el tanque de proceso es el sistema de calentamiento y refrigeración que este último lleva incorporado.

Los tanques de almacenamiento son tanques isotermos, es decir, mantienen la temperatura del líquido que albergan pero no generan frío ni calor.

El tanque de proceso incorpora un sistema de doble pared por los que fluye agua o vapor permitiendo calentar o enfriar el tanque y manipular la temperatura del líquido que contiene.

Tanques asépticos

Los tanques asépticos son depósitos empleados para el almacenamiento intermedio de productos lácteos tratados por el sistema UHT.

Sabía que...

UHT son las siglas en inglés de Ultra High Temperature y significa “temperaturas ultra altas”. Son tratamientos térmicos que aplican altas temperaturas durante cortos espacios de tiempo.

Estos tanques deben garantizar la asepsia necesaria para evitar la contaminación externa del producto UHT durante el proceso de envasado.

Son cerrados herméticamente y resisten una presión de hasta 3 bar.

La capacidad de estos tanques puede variar de 20 a 110 metros cúbicos.

Actividades

5. Buscar información acerca de la equivalencia que tienen los metros cúbicos y los litros.

6. Buscar información acerca de la equivalencia entre bar (unidad de medida de presión) y otras unidades de medida de dicha variable.