Diseño de Sistema de Limpieza Mecanico para El Area de Hidrólisis de Una Planta Procesadora de Cafe.
Diseño de Sistema de Limpieza Mecanico para El Area de Hidrólisis de Una Planta Procesadora de Cafe.
Diseño de Sistema de Limpieza Mecanico para El Area de Hidrólisis de Una Planta Procesadora de Cafe.
RESUMEN
El presente trabajo es el diseo de un sistema de limpieza para tanques de almacenamiento de concentrado de caf, de
una planta industrial que est dedicada a la elaboracin de caf soluble.
El objetivo es presentar una mejor alternativa de limpieza con el afn de bajar los tiempos empleados para dicha
actividad, la cual es realizada de manera manual por los operarios de la planta, esto implica menos tiempo por
paralizacin de equipos lo cual se reflejar en incremento de la productividad.
En la fase del diseo del sistema de limpieza, se estableci el diagrama isomtrico para la ubicacin de los tanques de
la solucin de limpieza referente al arreglo de los tanques de producto en planta, as como tambin el arreglo isomtrico
de tuberas de distribucin de la solucin referente a la distribucin tuberas de producto, con esta distribucin se pudo
establecer un anlisis de la demanda de caudales versus la cada de presin del sistema, estableciendo los tiempos de
limpieza entre pre-enjuague, lavada y enjuague final del CIP.
En la etapa de seleccin de elementos para el sistema de limpieza, se considera el material para el diseo del tanque
segn la norma NACE MR 0175 en el cual se considera la solucin como soda caustica a una concentracin de 2.5% y
a una temperatura de 80 oC, as tambin la identificacin de tuberas bajo cdigo de colores segn la norma NTE
0440:1984. Se determina adems un sistema de calentamiento para el CIP con un intercambiador de calor con sus
respectivos elementos, lo cual permitir un calentamiento a la temperatura indicada, as como tambin la seleccin de
los elementos que componen un CIP rociadores, tuberas y bombas.
Palabras Clave: CIP, NACE MR, NTE, extracto de caf.
INTRODUCCIN
El presente trabajo est orientado al diseo y anlisis econmico de un sistema de
limpieza mecnico para tanques de almacenamiento de concentrado de caf. El caf
lquido es el producto final antes de sub-proceso de secado por calor. En esta industria los
controles de calidad son severamente importantes, debido a que el producto final en su
mayor parte es comercializado al exterior, por lo tanto, el propsito de este trabajo es
garantizar la limpieza de los recipientes de almacenamiento y del sistema de tuberas que
contienen y permiten el transporte del producto, tanto sea necesario y garantizar
superficies en contacto libre de impurezas y eliminar la cantidad de bacterias presentes en
el sistema general del proceso, la limpieza es severamente importante para lograr una
cadena productiva inocua y obtener una calidad de producto final dentro de los estndares
establecidos.
Por consiguiente, este trabajo se centra en proponer un sistema de limpieza para los
tanques y tuberas de hidrlisis de caf, el cual si no es tratado de la manera adecuada
tiende a generar depsitos e incrustaciones en tanques y tuberas, generando problemas,
como deficiencias en la transferencia de calor por generarse una pelcula solida en el
fondo de los tanques, sedimentacin que afecta a la calidad de la hidrlisis, disminucin
de dimetro interno de tuberas lo cual ocasiona problemas de bombeo, este trabajo se lo
ha estructurado en determinar lo siguiente:
CAPTULO 1
1. Objetivo del proyecto.
El objetivo prioritario es mejorar la metodologa de limpieza para los tanques y
accesorios que conforman el sistema de hidrolisis de almacenamiento del extracto del
caf en lquido.
En el proceso de elaboracin del caf, la hidrlisis es la etapa importante proveniente de
la extraccin, el cual es una lixiviacin donde el solvente es agua en estado lquido,
despus de la tostin la extraccin es importante en la manufactura a gran escala del caf
atomizado, aglomerado y liofilizado, donde los slidos solubles y los compuestos
aromticos son extrados y depositados en los tanques de almacenamiento.
La etapa para generar extracto de caf se divide en:
Humectacin.
Extraccin de solubles.
Hidrlisis.
Siendo la hidrolisis el producto final para los sub procesos siguientes mencionados, una
vez que la hidrlisis es enviada a estos sub procesos los tanques de almacenamiento
deben ser limpiados para captar un nuevo producto, esta limpieza es realizada de manera
manual as como tambin la red de tuberas. Esta limpieza implica que el personal de
operacin tengan que estar en contacto directo con los qumicos, el agua y el detergente
utilizados para esta limpieza, el enjuague se realiza con agua y con soluciones de
qumicas de remocin y despus se vuelve a enjuagar con agua, la preparacin de la
solucin de soda caustica al 2.5% de concentracin es preparado manualmente
mezclando el producto con agua en proporciones de acuerdo a la respectiva formulacin,
posterior a esto el operador vierte esta mezcla a cada tanque, se enciende el agitador
realizando la limpieza y luego de un tiempo se deja evacuar la solucin, y se realiza otro
enjuague utilizando agua a presin.
Este mtodo de limpieza no es eficiente y satisfactorio en trminos de higiene y
seguridad, ya que en la industria alimenticia las medidas sanitarias y salud son estrictas,
adems presenta un tiempo grande por paralizaciones afectando al volumen de
produccin proyectado.
CAPITULO 2
2. Diseo del sistema mecnico.
En este captulo se analizar el sistema de red de tuberas de alimentacin de los tanques
de almacenamiento, se plantea una red de tuberas paralela para la limpieza, as como los
parmetros fundamentales para el posterior diseo a los equipos a los que se les realizar
la limpieza.
Diseo de forma del sistema de limpieza.- Se realiz el planteamiento de una red
alterna para la recirculacin de la solucin de limpieza, esto considera tanques para
preparacin y almacenamiento de la solucin, tuberas y bomba para el envo a los 5
tanques de producto, se establece un flujo de 26 GPM en la red de tubera de producto.
Descripcin del sistema de limpieza.- Para la limpieza de recipientes de
almacenamiento de productos lquidos no basta solo con aplicar mtodos convencionales
de limpieza, por el contrario es necesario implementar un sistema capaz de vencer las
adherencias en las superficies de tuberas, tanques y dems accesorios, como vlvulas,
uniones, etc.
Las etapas del sistema de limpieza CIP comprenden 3 etapas.
Etapa de pre-enjuague.
Etapa de solucin de soda caustica.
Etapa de enjuague final.
Figura 3. Isomtrico del sistema de red de tubera donde se expresan los nodos U1; U2;
U3; U4 y los tanques T1; T2; T3; T4; T5
Con esta ecuacin se calcul de manera iterativa el cabezal en cada nodo de distribucin,
para el diseo se tomo el cabezal mayor de 8.92 GPM.
Para el anlisis de la demanda de caudales y cadas de presin para el sistema, se realizan
una vez ms clculos iterativos, con las siguientes ecuaciones:
A flujo turbulento:
Con los valores dados de esta iteracin se logr graficar la curva del sistema.
CAPITULO 3
3. Seleccin de los elementos del sistema.
El almacenamiento de las soluciones de lavado para la recirculacin en el sistema
implica el clculo de tanques, as como tambin el dimensionamiento de bombas y dems
elementos o accesorios para el CIP como rociadores.
Diseo de tanques. Los tanques de almacenamiento para la etapas de pre-enjuague, soda
caustica y enjuague, debern ser construidos en acero inoxidable AISI 304L el criterio de
la seleccin para esta material se lo realiz segn la norma NACE MR 0175, ya que la
solucin acuosa a manejar es un hidrxido a una concentracin al 2.5% y 80 oC
En base los dems criterios de ingeniera, se calculan las dems variables de diseo:
Espesor de plancha
En la siguiente tabla se aprecian las dimensiones para los tanques para las tres etapas del
CIP
Tanque de
Tanque de PreCaractersticas
Tanque de
solucin de soda
enjuague
enjuague final
caustica
Dimetro
1.55m
1.55m
1.55m
3.52m
3.52m
3.52m
0.26m
0.26m
0.26m
Espesor de Plancha
2mm
2mm
2mm
4 tubos SCH 40
4 tubos SCH 40
4 tubos SCH 40
73mm
73mm
73mm
Tanque de Recirculacin
1136688 Kj
1706256 Kj
650 W
950 W
Modelo
SSH / 9SH
Tamao (in)
1x2
1x2
CAPITULO 4
4. Metodologa para la instalacin. Con el afn de no generar paralizaciones
considerables al proceso durante y despus de la ejecucin de este proyecto se plantea
que se considere la instalacin de todos los elementos necesarios que debe tener una
instalacin de este tipo, sistema de instrumentacin en bombas, tuberas y tanques,
soportes para tuberas en posicin vertical y horizontal, vlvulas y sistema de by pass
en bombas, tanques y tuberas, elementos purgadores de aire en el sistema, inspeccin
CAPITULO 5
5. Anlisis de costos. Se considera el costos de materiales, equipos y demandas
elementos necesarios para implementar el sistema de limpieza, as como tambin costo
por mano de obra, lo cual est reflejado en el siguiente cuadro.
$ 24849.99
Mano de Obra
$ 16380.00
Total
$ 41229.99
Tabla 3. Costo total del proyecto
CONCLUSIONES
1. El planteamiento en este trabajo para buscar una solucin a la deficiencia del
sistema de limpieza de los tanques de producto caf concentrado, permite el
anlisis a todo el sistema de proceso para almacenamiento, en el que se
evidencia problemas puntuales como, tiempos altos de paralizacin de equipos
para realizar la limpieza lo cual implica incumplimiento con la produccin
proyectada y malas prcticas de manufacturas, por lo tanto se puede justificar
la posible solucin a este problema
2. La ejecucin del proyecto con mano de obra local justifica los costos
mencionados, ya que otra opcin es importar los equipos como tanques y
bombas, lo implica un costo mayor, de la misma manera, este planteamiento
garantiza un ahorro significativo por reduccin de tiempos de paradas.
3. En la planta donde se centra este trabajo existen otros sub-procesos con
caractersticas similares para almacenamiento de producto, para lo cual se
pretende dar el mismo el mismo alcance, esto con el objetivo como se ha
mencionado de reducir tiempos de paralizaciones y garantizar una cadena
productiva inocua.
REFERENCIAS
1. NORTON ROBERT L, Diseo de Maquinaria, Segunda edicin, Editorial McGraw-Hill.
2. FOX ROBERT W. ALAN T. MC DONALD, Introduccin a la mecnica de