Revista Electrónica " Ciencias Holguín"
     

Trimestre julio-septiembre

Año XVIII, No. III,  Mes julio 2012
ISSN 1027-2127

TITULO: Uso del vapor vegetal en la esterilización de las pulpas
TITLE: The use of vegetal steam in the sterilization of pulps
AUTORES:

Germán Luis Góngora-Sánchez.darmas@hpuh.hlg.sld.cu

Reídel Batista-Mateo.oset@cristal.hlg.sld.cu

Institución de los Autores Unidad Estatal de Tráfico Provincial. Holguín.
PAIS:

Cuba

RESUMEN
Se plantea que en las condiciones de nuestro país es de vital importancia desarrollar esfuerzos hacia el ahorro de portadores energéticos, especialmente el fuel – oil, mucho del cual es importado, este ahorro se traduce en mejora de la eficiencia energética y reducción de los costos. En nuestra industria y en el sistema de la Unión de Conservas de Frutas y Vegetales no ha existido referencia alguna de aprovechamiento del vapor flash que se genera en el proceso de esterilización de almacenamiento aséptico. Actualmente ha sido preocupación de los técnicos del área darle solución a las pérdidas ocasionadas en el sistema. A través de la utilización del principio de la recuperación sucesiva del vapor o el rodar las calorías, se fundamenta previo a su esterilización, la instalación de un intercambiador de calor, evitando así el desaprovechamiento de energía y a su vez el mejoramiento de las condiciones ambientales mediante la aplicación del principio de las producciones más limpias.
PALABRAS CLAVES: EFICIENCIA; ENERGÍA; VAPOR; ESTERILIZACIÓN; TEMPERATURA.

ABSTRACT
The work concludes that under the current conditions of our country, it is vital to develop efforts towards saving energy sources, especially fuel - oil, much of which is imported, these savings translate into improved energy efficiency and reducing costs. In our industry and the system of the Union of Canned Fruits and Vegetables, there has not been any reference to use of flash steam generated in the process of sterilization of aseptic storage. Nowadays it has been the technicians’ concern to find a solution for the losses in the system. Through the use of the principle of successive recovery steam or rolling calories, is based prior to sterilization, the installation of a heat exchanger, thus avoiding waste of energy and in turn improving the environmental conditions by the principle of cleaner production.
KEY WORDS: EFFICIENCY; POWER; STEAM STERILIZATION TEMPERATURE.

INTRODUCCIÓN
En la empresa de Conservas y Vegetales Turquino el almacenamiento de pulpa de mango reviste especial interés por lo que esta representa para el insumo industrial, de aquí que esté justificada la esterilización de este renglón como parte del proceso que garantiza la calidad de la misma para el desarrollo de sus producciones que es precisamente donde se crea el problema de pérdida de energía.

En las producciones de las industrias conserveras la utilización del vapor tiene particular importancia pues es el agente o elemento térmico esencial que usamos para la calefacción. Generalmente tienen lugar dos tipos de tratamiento térmico; la pasterización que tiene lugar hasta los 100ºC y es acompañada de un rápido enfriamiento y la esterilización la cual se caracteriza por alcanzar valores de temperatura por encima de los 100ºC y se acompaña de un enfriamiento posterior; normalmente alcanzan los 121ºC. Es precisamente en el sistema de esterilización donde tienen lugar los antecedentes negativos en los cuales nos decidimos a trabajar para darle solución, problema que a simple observación evidenciaba grandes pérdidas de energía térmica y desaprovechamiento; elementos que influían negativamente sobre la eficiencia del sistema.

El diseño original del equipo estaba concebido para trabajar de la siguiente manera:
Existen en la Empresa de Conservas y Vegetales Turquino dos tanques de recibo de 1 ton de capacidad cada uno, que reciben la pulpa proveniente de la línea de molida, a una temperatura de 40ºC. Esta pulpa es extraída por medio de una bomba helicoidal de una capacidad de 4.5 m³/h, es enviada al esterilizador tubular donde intercambiando la temperatura con el vapor saturado que fluye a contracorriente y separado ambos por una pared la misma alcanza 120ºC o 121ºC que es la temperatura necesaria para que desaparezcan los microorganismos termo resistente, luego atraviesa un sistema de tuberías en forma de serpentín donde conserva los 120ºC durante 4 minutos completándose así el proceso de esterilización, llega entonces al expander, como primer paso del sistema de enfriamiento: elemento en el cual el vapor de agua se separa de la pulpa, la que en este proceso también experimenta una concentración del producto a causa de pérdida de agua en forma de vapor, este sube al hacerse volátil y escapa a la atmósfera, perdida a la que hicimos ya referencia y que nos dimos a la tarea de resolver, aprovechar esta cantidad de vapor, mejora la eficiencia energética del sistema y aparejado a ello hay un ahorro de fuell oil y una consiguiente reducción de los costos de producción invertidos en portadores energéticos. El esquema actual introduce una modificación, en el sistema antes del proceso de esterilización se montó un intercambiador de calor de modo tal que la pulpa que entraba al esterilizador a 40ºC, ahora con el intercambio de calor que ocurre en el precalentador instalado incrementa su temperatura hasta 80ºC, de modo que se le ha adicionado una cantidad de calor importante que no consumirá del vapor proveniente de la caldera y por consiguiente resultará un ahorro del mismo traducida en ahorro de combustible, el vapor que entonces sale del precalentador, llega a un segundo expander instalado; donde se obtiene un condensado y escapa del sistema un vapor residual menos energético. El trabajo se encuentra en fase de prueba, habiendo transcurrido un año de su puesta en marcha y los resultados que se han obtenido son satisfactorios. Para los operadores del sistema fue significativo la mejora experimentada se redujo el tiempo de esterilización, antes que tenía que existir presión de 3 atmósfera ahora con presiones menores se pudo alcanzar la temperatura de esterilización.

En los sistemas de esterilización análogos de la unión de Conservas de Frutas y Vegetales no existe referencia del aprovechamiento de la energía térmica en estos sistemas; el diseño original del equipo no comprende la utilización del vapor flash, sin embargo, tomando como referencia el funcionamiento del evaporador de doble efecto, llevamos a cabo la propuesta de esta innovación con muy buenos resultados ya que la misma se encuentra en la fase de evaluación, pues hace un año que se puso en marcha, resultados logrados aún cuando la temperatura del vapor flash y por consiguiente su presión disminuyan con relación al vapor saturado de calefacción, aunque tampoco haya concebido ningún grado de vacío posterior.

Los procesos de concentrar los zumos naturales de frutas es un caso particular de la evaporación, étnica industrial que en resumidas cuentas sirve para espesar las soluciones, Las temperaturas de evaporación van decreciendo del primer evaporador al último y por el contrario aumenta el grado de vació en el recorrido conservando en más reducido volumen el contenido que tienen de elementos solubles.

MATERIALES Y MÉTODOS
Para lograr el objetivo propuesto se desarrolló el presente trabajo en la Empresa de Conservas y Vegetales Turquino, ubicada en la Avenida Libertadores No 216, la Aduana en el municipio Holguín. En el mismo se realizó el montaje de un intercambiador de calor y un enfriador separador (expander) existente en desuso en la industria que podía ser instalado con la idea de aprovechar el vapor flash que escapaba a la atmósfera.

Se utilizó la instrumentación siguiente:
1. Termómetro de bulbo a la entrada del precalentador montado Rango 0 -100ºC.
2. Termómetro de bulbo a la salida del precalentador montado Rango 20 -100ºC.
3. Termómetro de bulbo a la salida del esterilizador montado Rango 50 -100ºC.
4. Manómetro cámara de vapor del esterilizador.
5. Manómetro cámara de vapor del precalentador
6. Un modo de medición importante lo constituyó el aforo de los tanques de recibo lo cual nos permite conocer el volumen de pulpa que llega a los asépticos.

Se evaluó el balance térmico del equipo para lo cual se determinó la eficiencia de los equipos montados comprobando las temperaturas en:
a) La salida de los tanques de recibo.
b) Anterior al precalentador montado.
c) Posterior al precalentador.
d) A la entrada del esterilizador.
e) A la salida del esterilizador.

Se comprobó que la pulpa entra al precalentador a 40 °C, y sale con una temperatura de 80°C. Los vapores del primer expander que son los que alimentan al precalentador lo hacen a una temperatura de entre 110 y 115 °C. La presión de trabajo del esterilizador varía en función de la temperatura entre 2.5 y 3.5 Kg. /cm2.

El precalentador utilizado tiene una longitud de 5 metros compuesto por 9 tubos de diámetro 42 mm que garantizan tres pases de la pulpa por tres tubos cada pase. La capacidad del precalentador es de 3500 Kg. / hrs = 3.5 ton/hrs y el material es de acero inoxidable.

Existía localizado el sistema de instrumentación que se instalaría compuesto por los instrumentos antes mencionados, además de una válvula automática en el intercambiador, un termómetro a la salida de la pulpa y el enfriador separador.

Se previó por el personal de operación, los mecánicos y especialistas no introducir la pulpa en el equipo con una alta temperatura para que esta fuera más sensible a la ganancia de calor y existirá una diferencia de temperatura mayor entre el vapor proveniente del esterilizador y la pulpa de los tanques de recibo.

Teniendo en cuenta la proximidad de la cosecha del mango 2008 en la que trabajaría el equipo previsto se trabajó con agilidad para lograr este propósito, preliminarmente se hicieron los cálculos de rigor que justificaban tales esfuerzos aconsejándose definitivamente el montaje. Con ayuda de accesorios y tuberías de acero inoxidables adecuadas en sus diámetros se procedió convenientemente al montaje integral del sistema; logrando la conexión de la tubería de salida del vapor en el primer expander a la entrada del vapor en la cámara del equipo de manera de fluir a contracorriente pulpa y vapor. De la salida del vapor de este equipo también se instaló otra tubería al segundo expander que conduciría el vapor hasta el mismo, flashando en este y obteniéndose un vapor residual de escape y condensado como precipitación. En este punto del sistema se tomó muestra de condensado, que se envió al Laboratorio de ICINAZ, perteneciente al MINAZ realizándose el análisis de pH, SDT, dureza total y alcalinidad parcial y total,

se obtuvieron los siguientes valores:
pH: 2.3
Alcalinidad Parcial: 0
Alcalinidad Total: 0
Dureza: ppm-1600

Se procedió a la realización del aforo de los tanques de recibo de 1.5 M³ de capacidad.

El grado de concentración del producto se demostró a partir de análisis realizado a la pulpa antes de entrar al precalentador y posterior al esterilizador al que se le efectuó sólidos disueltos totales.

La medición periódica de las variables, presión, temperatura y tiempo, así como la utilización del sistema automático de regulación de la temperatura nos permitió mantener una temperatura constante que nos garantizó el funcionamiento estable del sistema y el logro de valores favorables de las variables.

RESULTADOS DEL TRABAJO
Limitaciones operacionales, tecnológicas y del estado técnico:

- Falta de válvula neumática que controle el suministro de vapor al esterilizador y que regule la presión del vapor dentro del mismo. Esto permitirá mantener la temperatura de salida de la pulpa estable.
- Falta de un flujómetro para realizar la medición del flujo que circula por el esterilizador, esto permitirá realizar un balance térmico aceptado del área.
- Falta de aislamiento térmico de los intercambiadores para evitar pérdidas de calor al medio ambiente, esto permite un mejor aprovechamiento del vapor generado por las calderas.
- Sobre las limitaciones operacionales, tecnológicas y del estado técnico se producen por falta de financiamiento para la compra de recursos importantes y la necesidad de inversión en el área.

Para la aplicación de la innovación como se plantea en la introducción, se instaló un intercambiador de calor tubular existente en la industria en desuso con la idea de que los resultados serian favorables y que ningún resultado negativo se obtendría en el transcurso de la cosecha de mango del año 2008 quedó montado y se comenzó a medir los parámetros de temperatura, presión y tiempo con las consiguientes tomas de muestras correspondientes así como el uso de la instrumentación existente.

Los resultados obtenidos en la innovación tecnológica aplicada para la recuperación del vapor flash empleado bajo el principio de la recuperación sucesivas del vapor o rodar las calorías, principios utilizados en los sistemas de evaporación de doble efectos; los cuales sirven de referencia para la modificación tecnológica en el almacenamiento aséptico.

Para confirmar la confiabilidad de los resultados diariamente se comenzó a observar la mejoría experimentada en el régimen de operación del sistema y el comportamiento de los parámetros de trabajo. A través de mediciones efectuadas se pudo comprobar la mejora lograda. Se ubicó un termómetro antes del proceso de precalentamiento (Intercambiador montado) cuya lectura fue de 40ºC, otro posterior al intercambiador o salida de la pulpa, el resultado fue una medición de 80ºC de temperatura, el equipo se trabajo por 90 días. Las mediciones se realizaron 3 veces por turnos, las que se efectuaron por un equipo de laboratorio. Se comprobó reiteradamente que en el inicio del proceso el tiempo en lograr los 121ºC, exigido en la esterilización, se redujo desde 45 minutos hasta los 15 minutos trayendo por consiguiente un ahorro de energía ya que con solo una presión en la línea de 2.5 lb/ pulg² se alcanza los 121ºC, lo que antes debía ser mayor de 3.5 lb/ pulg² para lograr los parámetros de trabajo establecidos.

Se realizó el balance térmico, utilizando la metodología publicada por la dirección de mantenimiento del Ministerio de la Industria Alimentaría en el año 1984. Los resultados calculados arrojan un ahorro de 2.235 Ton de fuell oil. Quedando demostrado de esta forma la objetividad del trabajo.

En conclusión la aplicación de la innovación tecnológica aplicada nos permitió obtener las condiciones de temperatura adecuadas en el proceso de esterilización de las pulpas con menor gasto de vapor procedente del equipo generador de vapor

También disminuirá la cantidad de vapor que escapan al medio ambiente, el cual es nocivo a la salud el que crea un clima desagradable en el entorno, además de dificultar las propias operaciones que deben realizarse, se crearán mejores prácticas y el vapor escapará con arrastre de componente de la pulpa que lógicamente desarrolla un proceso ácido, nocivo al medio ambiente y a la protección del entorno, por tanto habrá inexorablemente una segunda conclusión que se traduce en una Disminución considerable de la contaminación ambiental mediante la aplicación del principio de las Producciones Más Limpias.

Indicadores del desempeño y principales parámetros de trabajo.

El parámetro fundamental de trabajo es la temperatura de esterilización que debe alcanzar la pulpa para lograr su esterilización, prefijada en los 121ºC, temperatura a la cual desaparecen aquellos microorganismos termófilos resistentes a altas temperaturas ya que forman esporas de protección para sobrevivir a estas temperaturas. El parámetro modificado es temperatura de la pulpa que se suministra al esterilizador con el uso del vapor flash de modo que permita alcanzar la temperatura de esterilización con mayor facilidad y menor tiempo.

CONCLUSIONES
-
El esquema térmico de diseño que existía en la Empresa de Conservas Turquino no permitía aprovechar el vapor vegetal que se generaba en el proceso de esterilización del almacenamiento aséptico.

- Es posible concebir soluciones tecnológicas viables para modificar el esquema térmico e incrementar la eficiencia energética de la fábrica a partir del empleo del vapor vegetal.

- Al medir las variables existentes (temperatura, presión, tiempo), se demostró cuantitativamente, que existía desaprovechamiento, esto permitió corregir el sistema en aras de lograr valores favorables de estas variables y con ello los obreros y especialistas del área tuvieron una activa participación en la solución del problema, emitiendo criterios sobre el asunto basados en la experiencia de años sobre el funcionamiento de los intercambiadores de calor y materializaron la innovación.

RECOMENDACIONES
- Determinar el grado de pureza del condensado del expander No – 2 así como el del vapor que finalmente va a parar a la atmósfera. En consecuencia con los resultados determinar el aprovechamiento adecuado.

- Preparar curso de capacitación para operarios y especialistas del área.

- Ubicar un panel de control automático donde se regulen y controlen las diferentes operaciones que se realizan como son:
• Flujo de pulpa
• Temperatura de la pulpa en los tanques de recibo, antes de su entrada en el esterilizador.
• Temperatura de la pulpa en la salida del esterilizador.
• Presión de trabajo del precalentador.
• Presión de trabajo del esterilizador.

- Propiciar la posibilidad de mejorar las condiciones de trabajo y el aislamiento térmico premisas importantes para su generalización.

- Realizar un estudio de los nuevos índices de consumo apropiado a las nuevas condiciones de esterilización y crear un procedimiento para las operaciones que se realizan en el sistema.


ANEXOS

SISTEMA DE ESTERILIZACIÓN DE ALMACENAMIENTO ASÉPTICO
(ANTES)

SISTEMA DE ESTERILIZACIÓN DE ALMACENAMIENTO ASÉPTICO
(DESPUÉS)

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Síntesis curricular de los Autores

MSc Ing. Germán Luis Góngora-Sánchez. Máster en eficiencia energética. Ha participado en diferentes eventos de la ANIR y Fórum. Desarrolló proyectos de PDHL relacionados con la instalación de una línea de preparación de frutas.
Dr. Prof. Ing. Reídel Batista-Mateo.

Dirección del Centro de Trabajo de los autores:
Unidad Estatal de Tráfico Provincial. Holguín. Cuba

Fecha de Recepción: 26 de octubre 2010

Fecha de Aprobación: 26 de diciembre 2011

Fecha de Publicación: 18 de julio 2012


 

 

 

 

 
 

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