Optimización del Sistema de Higiene
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Optimización del Sistema de Higiene
en Circuitos CIP en Industria Láctea
Soraya ArnalIngeniería Química
Facultad de Ingeniería-
UNCPBADiciembre 2011
Introducción
• Higiene en la Industria
Láctea.
• Limpiezas automáticas de
equipos por recirculación.
• Opciones de sustancias
limpiadoras.
• Planta CIP.
• Optimización del Sistema de
Limpieza.
Introducción
o OBJETIVO: optimizar el sistema
de limpiezas automáticas en
LÁCTEOS LA CASIANA.
o REDUCCIONES en consumos de:• productos químicos.• agua.• energía.• tiempos de limpieza.
Introducción
Alcance del
Proyecto:
Viabilidad
Técnica
LegalEconómico-Financiera
Mercado
SeguridadMedio
ambiental
Fundamentos
Diseños
Estudio
Estudio de Mercado
Marca Tipo de Producto Nombre Relación de costosIndupa Soda Cáustica 1,00Hypred Deptal WS 1,16Ecolab AC 101 1,13Hypred Deptal MP 1,92Ecolab Topax 32 2,19S/M Ácido Nítrico 1,00
Hypred Deptacid NT 1,11Ecolab AC 300 0,90Hypred Deptacid TK 2,40Ecolab Horolipt CIP 2,57S/M Ácido Peracético 1,00
Hypred Deptil PA5 1,44Ecolab Oxonia Activo 5% 1,92
alcalino para
limpieza en 2 fases
ácido para limpieza
en 2 fases
desinfectante
alcalino fase única
ácido fase única
Cuadro comparativo de relación de costos
de productos tomando como base los
genéricos:
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
Soda Cáustica Deptal WS AC 101 Deptal MP Topax 32
Relación de costos para Productos Alcalinos
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Ácido Nítrico Deptacid NT AC 300 Deptacid TK Horolipt CIP
Relación de costos para productos Ácidos
Fundamentos Técnicos
o Limpiezas Automatizadas (Sistemas
CIP):
Consisten en una batería de tanques y líneas de distribución.Están diseñados para limpiar sin desarmar, recirculando.
Fundamentos Técnicos
o Sustancias
Limpiadoras:Detergente: sustancia que disuelve la suciedad de un objeto sin corroerlo (alcalinos, ácidos o neutros).Características:• propiedades mojantes.• eliminación de suciedad mediante emulsión, disolución, etc.• defloculante y dispersor de la suciedad.• fácil de enjuagar, inodoro e insípido.• no corrosivo, no tóxico.• económico.
Fundamentos Técnicos
o Aditivos:
• Inhibidores de corrosión.
• Agentes complejantes.
• Tensioactivos, surfactantes o
emulsionantes.
• Antiespumantes.
• Desinfectantes.
o Factores que afectan la limpieza:
- Concentración – Temperatura –
Acción mecánica - Tiempo.
Varios Colorante, Gelificante, etc.Desinfectante
AntiespumanteInhibidor de Corrosión
Complejante
Transformar las estructuras minerales
TensioactivoAgente Mojante
Reducir las tensiones superficiales
{Estructura de Base ALCALINO Saponificar, hidrólisis
Desincrustar, Neutralizar
ACIDO
Fundamentos Técnicos
Estudio Técnico
Equipos provistos con sistemas de limpieza automática enLÁCTEOS LA CASIANA:
• Dos Plantas CIP.• Pasteurizador de leche.• Túnel de lavado.
Desde 2008 se utiliza para la higiene de equipos los productos formulados marca HYPRED, previamente se trabajaba con productos genéricos.Los consumos se basan en registros históricos de Planta.
Estudio Técnico
Para evaluar los costos de limpieza en cada propuesta se consideraron:
• Número de limpiezas mensuales a cada equipo.• Concentración de las soluciones de limpieza.• Cantidad de recambios de solución en el CIP.• Consumo promedio de productos químicos por limpieza.• Costo de los productos químicos.• Caudal y potencia de las bombas.• Programa de lavado (cantidad de enjuagues y limpiezas, tiempos).• Consumo y costo energético.• Consumo y costo de agua.• Generación de efluentes y costo de tratamiento.
Cuadro comparativo de Evaluación de Costos:
MES AÑO MES AÑO MES AÑO MES AÑO
KGS 870 10.445 634 7.607 762 9.144 742 8.904
PESOS $ 4.262,99 $ 51.155,93 $ 3.613,84 $ 43.366,07 $ 7.147,32 $ 85.767,83 $ 5.938,42 $ 71.261,03
m3 2.243 26.916 1.851 22.212 1.485 17.819 1.526 18.308
PESOS $ 1.957,26 $ 23.487,10 $ 1.608,38 $ 19.300,54 $ 1.295,84 $ 15.550,08 $ 1.324,77 $ 15.897,18
KW 494 5.927 434 5.209 394 4.731 403 4.835
PESOS $ 167,92 $ 2.015,01 $ 147,59 $ 1.771,13 $ 134,04 $ 1.608,44 $ 136,98 $ 1.643,80
HS. 291 3.496 255 3.054 225 2.696 229 2.748
PESOS $ 7.282,50 $ 87.390,00 $ 6.363,33 $ 76.360,00 $ 5.617,08 $ 67.405,00 $ 5.725,42 $ 68.705,00
m3 2.243 26.916 1.851 22.212 1.485 17.819 1.526 18.308
PESOS $ 4.887,68 $ 58.652,11 $ 4.033,46 $ 48.401,57 $ 3.235,72 $ 38.828,64 $ 3.324,67 $ 39.896,06
COSTOS GLOBALES PESOS $ 18.558,35 $ 222.700,15 $ 15.766,61 $ 189.199,31 $ 17.430,00 $ 209.160,00 $ 16.450,26 $ 197.403,07
ECONOMÍA DE AGUA POR RECUPERO (*) Costo tratamiento de efluentes [$/m3] 2,18 Costo Mano de Obra [$/h] 25
MES AÑO MES AÑO MES AÑO MES AÑO
m3 349 4.184 256 3.076 475 5.697 475 5.697
PESOS $ 31,03 $ 372,41 $ 22,81 $ 273,73 $ 42,25 $ 507,04 $ 42,25 $ 507,04
COSTO TRAT. EFLUENTES
PESOS $ 759,86 $ 9.118,28 $ 558,51 $ 6.702,08 $ 1.034,56 $ 12.414,66 $ 1.034,56 $ 12.414,66
ECONOMÍA TOTAL PESOS $ 790,89 $ 9.490,69 $ 581,32 $ 6.975,81 $ 1.076,81 $ 12.921,71 $ 1.076,81 $ 12.921,71
(*)Recupero enjuagues finales de CIP de Recibo y CIP Zona Caliente y reutilización para enjuagues iniciales de futuros lavados, considerando un 66% de capacidad de recupero.
TIEMPO LIMPIEZA
AGUA
Propuesta Mixta
Genéricos Formulados 2 fases Formulados 1 fase Propuesta Mixta
Genéricos Formulados 2 fases Formulados 1 fase
PRODUCTO QUIMICO
AGUA
ENERGIA
EFLUENTES
Estudio Técnico
Análisis de resultados:
0
150
300
450
600
750
900
1.050
1.200
1.350
1.500
1.650
1.800
1.950
2.100
2.250
Genéricos 2 Fases Mixta 1 Fase
Comparación de Consumos Mensuales
Agua s/recupero [m3]
Agua c/recupero [m3]
Prod. Qco [kg]
Energía [kW]
Tiempo [h]
Diseñoso Pasteurizador de Leche a placas:
Ventajas:• Fácil mantenimiento.• Puede aumentarse su capacidad añadiendo placas.• Permite ahorro de energía mediante la regeneración.• Son compactos y ocupan un espacio mucho menor que los intercambiadores de tubo y coraza.
Diseños
Esquema del pasteurizador:
Para el diseño del intercambiador de calor se consideraron tres secciones: - Regeneración - Calentamiento - Enfriamiento.
Temp. de Pasteurización
de la leche
75 °C
Temp. de ingreso de la
leche
4 °C
Temp. de salida de la
leche
7 °C
Temp. del agua de
calentamiento
85 °C
Temp. del agua de
enfriamiento
2 °C
Caudal de leche 10.00
0 l/h
Caudal de agua 12.00
0 l/h
Diseños
Finalidad: destruir el bacilo de la tuberculosis.
Datos del proceso:
Diseños
Datos del pasteurizador:
Material Acero AISI
316
Diseño de placa Chevron o
espina de pez
Ángulo de placa* 45°
Factor de incremento de
área*
1,2
Área de intercambio de
calor de placa* (Ap)
0,35 m2
Espesor de placa* (x) 0,5 mm
Espaciado de canal* (b) 4,5 mm
Conexiones (Dc) 51 mm
Conductividad térmica
(k)
17 W/mK
Diseños
• Correlaciones empíricas para
propiedades físico químicas de la
leche.
• Ecuaciones de fluido dinámica y
termodinámica.
• Determinación de factor de
Colburn, factor de corrección y
factor de fricción por medio de
gráficos.
El intercambiador de calor necesita un número total de 55 placas.
DiseñosoPlanta CIP:
Se diseño una Planta CIP para la
higiene de 2 tinas queseras, 2 conos
ricoteros y 1 tanque de suero.
Cuenta con 2 tanques de
almacenamiento para soluciones.
Para el diseño se evaluaron las
líneas por separado, tomando como
referencia la condición más
desfavorable.
Esquema Planta CIP y circuitos de limpieza:
Diseños
Diseños
Flow Sheet de Instalaciones:
Diseños
Datos:
Material Acero inoxidable AISI 304
Válvulas Mariposa
Tanques Cilíndricos de 1.800 l
Caudales impulsión/retorno
20.000 l/h
Solución alcalina 4% conc. T= 80°C
Solución ácida 2% conc. T= 60°C
Densidad Solución NaOH 4% conc.
Viscosidad Agua a 20°C
Accesorios Cantidad y tipo p/cada línea
Diseños
• Ecuación general de energía (fluido
dinámica).
• Factor de Fricción de Moody.
• Coeficientes de resistencia para
accesorios.
• Ecuación de Darcy para pérdida de
energía por fricción.
• Determinación de altura de bomba.
• Ecuación potencia teórica de la
bomba.
• Espesor mínimo de la placa (Norma
API 650).
• Espesor mínimo de la tubería
(ecuación de Barlow y Lamé).
Diseños
•Espesor mínimo de la placa = 0,08
mm (mercado desde 0,4 mm).
• Espesor mínimo de la tubería= 0,4
mm (Cédula S10= 2,8 mm).
• Dimensiones tanque: diámetro=
alto= 1,36 m
Diseños
Determinación del tipo de bomba:
• En función del caudal y la carga, el
modelo más adecuado es una
bomba centrífuga.
• Se determinó la altura de diseño.
• Consultando catálogos se concluyó
que eran necesarias bombas de 1,5
HP de potencia, 3500 rpm (60Hz),
diámetro de succión de 2´´,
diámetro de descarga de 1 ½´´,
diámetro del impulsor 172 mm.
Análisis Económico
El análisis realizado fue relacionado
con el costo que implicó para
LÁCTEOS LA CASIANA la incorporación
de una Planta CIP y el tiempo que
demorará en amortizarlo
considerando la diferencia de costos
entre la higiene con recupero de
soluciones o sin él.
Proyecto Rentable: VAN >0 (valor
actual neto) y TIR alta (tasa interna
de retorno).
Análisis Económico
• Inversión: equipos + instalación =
$199.341.
• Vida útil de 10 años.
• Amortización anual mínima
$19.934.
• Costos: - mano de obra.
- productos químicos.
- servicios (electricidad
y agua).
- gastos de operación
(mantenimiento y seguros).
- gastos indirectos
(tratamiento de efluentes).
Análisis Económico
Cuadro comparativo de costos entre
las dos opciones: Costo Anual Con CIP Sin CIP
Mano de Obra$
10.508,33$
17.225,00
Productos Químicos $ 27.835,83
$ 107.808,4
8 Servicios (electricidad y agua) $ 3.067,24
$ 11.846,97
Tratamiento de Efluentes
$ 17.759,15
$ 26.440,09
Mantenimiento $ 3.372,38 $ 0,00 Seguros $ 2.199,38 $ 0,00
TOTAL $ 54.233,97
$ 146.095,5
3 DIFERENCIA $ 91.861,56
Análisis Económico
FLUJO MONETARIOTasa anual de descuento 20%Inversión período 0 -$ 199.341,00
Ganancia
período 1 $ 91.861,56período 2 $ 91.861,56período 3 $ 91.861,56período 4 $ 91.861,56período 5 $ 91.861,56período 6 $ 91.861,56período 7 $ 91.861,56período 8 $ 91.861,56período 9 $ 91.861,56
período 10 $ 91.861,56 TIR (a 4 años)
30%
VAN (a 4 años) $ 32.053,49
Aspectos de Seguridad, Salud OcupacionalY Medio Ambiente
• Seguridad e higiene de los
trabajadores (ley 19.587, decreto
351/79).
• Política de seguridad en Planta.
• Conocimiento de peligros.
• Separación y limitación de riesgos.
• Dispositivos de seguridad.
• Almacenamiento de productos
químicos.
Aspectos de Seguridad, Salud OcupacionalY Medio Ambiente
• Seguridad e higiene de los
trabajadores (ley 19.587, decreto
351/79).
• Política de seguridad en Planta.
• Conocimiento de peligros.
• Separación y limitación de riesgos.
• Dispositivos de seguridad.
• Almacenamiento de productos
químicos.
Conclusiones
Haciendo un trabajo de optimización
sobre los programas de lavado es
posible realizar la higiene de los
equipos con productos de mejor
calidad a menor costo, teniendo un
comportamiento más positivo en
relación al medio ambiente.
Además el sistema CIP posee la
ventaja de saber que la calidad en
la limpieza de los equipos no tiene
fluctuaciones y permite optimizar
los recursos humanos.
Muchas Gracias !!!