1 58 57 NDICE ANEXOS

NDICE DE FIGURAS

NDICE DE GRAFICO GRAFICO N 1: Factor de correccin 25

RESUMEN El objetivo del presente trabajo de ttulo, consiste en disear un sistema centralizado de lavado CIP, automatizado, para el lavado de estanques de fermentacin y reposo de cerveza. Para este caso, el sistema CIP est compuesto por 4 estanques de acero inoxidable de una capacidad nominal de 1.500 litros y un circuito de alimentacin y retorno con bombas, vlvulas, piping, etc. los que estn destinados a las soluciones de lavado, compuesto por una solucin alcalina (Soda custica), solucin acida (cido ntrico), solucin de higienizacin (cido peractico) y estanques de agua (balanza), en distintas concentraciones segn la solucin. A continuacin, se describe la secuencia de los programas de lavado, indicando los tiempos y temperatura de cada programa de lavado. La memoria de clculo se realiza a partir del CIP automatizado; para estanques fermentadores y estanques de cerveza. Para definir el CIP se determina la altura til con la ecuacin de Bernoulli en forma terico y posteriormente se determina con el catlogo APV, y se ver la diferencia que existe para definir el valor real. A partir de lo anterior, se determinan las bombas, los estanques y caudal de vapor; en el caso del dimetro de las redes, estas seguirn con los dimetros ya existentes en la planta de cerveza, etc. Posteriormente, se disea intercambiador de calor seleccionando la trampa de vapor y la vlvula reguladora de temperatura, y as por ltimo poder describir la lgica de operacin. INTRODUCCION En la industria de alimentos, se requiere una gran preocupacin por la higiene de los equipos involucrados en la produccin de alimentos, por ejemplo, en la fabricacin de cerveza interviene una gran cantidad de equipos que requieren gran eficiencia en el proceso de lavado. El mtodo ms utilizado en la industria alimenticia es: Mtodo mecnico manual; o Aqu los operarios se introducen en los estanques para limpiarlos manualmente con escobillones. Este proceso es peligroso, porque introducir personas en espacios reducidos puede provocar algn accidente Una bomba agregada al sistema que introduce los productos de limpieza a los estanques. Desarmar el piping del estanque para limpiar las piezas y luego rearmar. Este proyecto parte motivado por la necesidad de optimizar el proceso de lavado de estanques, ya que el mtodo mencionado es ineficiente, porque no garantiza una limpieza profunda ya que depende de las pericias del operador. Adems, del gran tiempo que se requiere para ello. Tambin en los procesos, los elementos utilizados en la limpieza son eliminados, lo cual trae como consecuencia una contaminacin del medio ambiente y un alto costo para la empresa. Este mtodo CIP ya se encuentra en una gran cantidad de plantas procesadoras de alimentos y se pretende determinar si es posible desarrollarlo en el pas. Los diseos modernos de equipos para la industria alimenticia, exigen como requerimiento, la limpieza automtica de los equipos, las piezas sean desmontadas o movidas, adems de considerar una limpieza profunda. Esto trae consigo un alto costo, que involucra la importacin e implementacin de un sistema CIP, y los tiempos de espera. Es por ello que es necesario disear un sistema CIP en el pas. El presente trabajo se focaliza en disear, y seleccionar los accesorios involucrados en el sistema CIP para la planta Cervecera Kunstmann. Objetivo general. El objetivo general de este proyecto es disear un sistema CIP automatizado, para la planta de cerveza, en los procesos de fermentado y madurado. Objetivos especficos. Determinar los equipos, estanques, fitting, caeras, etc., que participan en el sistema de lavado CIP. Determinar los programas, duracin y mtodos de lavado (receta). Determinar la lgica de operacin del sistema CIP. Metodologa de trabajo Se desarrolla un esquema de las instalaciones que intervendrn en el proceso del CIP., posteriormente, la cervecera entrega informacin, la cual es reservada, para poder desarrollar de mejor manera el sistema. Con estos datos se determinan los tamaos de los estanques para poder seleccionar las bombas de alimentacin y retorno, fitting, piping, etc. Tambin se calcula el vapor necesario para disear el intercambiador de calor. CAPITULO I Descripcin de un sistema C.I.P. 1.1.- Definicin El sistema de lavado CIP consiste bsicamente en un conjunto de estanques, bombas y equipos adicionales que hacen circular un fluido a travs de los estanques utilizados en procesos de produccin para su limpieza [4]. Una vez vaciados los equipos utilizados en el proceso productivo, comienza el lavado utilizando los equipos CIP , el cual hace circular una mezcla de fluidos para remover los depsitos de componentes orgnicos propios del proceso como precipitados de protenas, hidratos de carbono, grasas, minerales, restos orgnicos y otros, que son base nutricional para el crecimiento bacteriolgico y precursores de biocorrosin. Conjuntamente con lo anterior, mediante este sistema CIP, se realiza una higienizacin final con cido peractico, que permite asegurar que el estanque quede libre de todo germen y est disponible para ser utilizado nuevamente con otra carga de cerveza. El sistema de lavado CIP, est diseado para reemplazar el lavado manual, el cual existe en la planta, ya que por tratarse de un sistema automtico es homogneo y no cambia con el tiempo, tambin reutiliza los qumicos destinados al lavado, disminuyendo la contaminacin y bajando los costos del lavado de los estanques de fermentacin y reposo de la cerveza. Esta central de lavado CIP, est diseada para el lavado de todos los estanques de fermentacin y reposo de la cerveza en la Cervecera Kunstmann, que a la fecha suman 12 que van desde los 12.000 a 27.000 litros tiles, con un dimetro mximo de 3 metros y una altura de 7 metros ms un cono inferior, los que se encuentran ya instalado en la fbrica de cerveza y stas dimensiones estn dadas con anterioridad para poder determinar las bombas y los elementos necesarios para el CIP. 1.2.- Partes principales de un sistema CIP Un sistema CIP cuenta bsicamente con lo siguiente: Estanques Para este proyecto se ha contemplado contar con 4 estanques independientes, para solucin bsica (soda), solucin cida (cido ntrico), estanque de agua (balanza) y un estanque para higienizacin (cido peractico). FIGURA N 1: Estanques Bombas Para la conduccin de los diferentes fluidos hacia los equipos a lavar se han contemplado bombas centrfugas de alta presin. En el caso de retorno, se recomienda las bombas especialmente diseadas para los sistemas CIP, ya que el lquido bombeado puede tener aire. FIGURA N 2: Bomba de retorno (anexo 1) FIGURA N 3: Bomba de alimentacin CIP (anexo 2) Redes Las redes diseadas para el transporte de las soluciones de limpieza estn compuestas por, vlvulas de mariposas (anexo 3), con actuador neumtico (anexo 4), que permiten el accionamiento rpido y unido al sistema automtico de operacin del sistema de lavado CIP. Se contempla que los circuitos CIP sern todos soldados y en los puntos donde sea indispensable desarmar, se utilizarn uniones americanas, tipo SMS en la figura N 4 (anexo 5). FIGURA N 4: Redes Intercambiador de calor por tubos Son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse. Los intercambiadores de calor tienen como principio la conservacin de la masa en operacin permanente, esto quiere decir, que las relaciones de flujo de masa entrantes deben ser iguales a la suma de las relaciones de flujo saliente [2]. En ste caso, los intercambiadores de calor, tiene como finalidad calentar las soluciones de soda, del sistema de lavado CIP. FIGURA N 5: Intercambiador Para este intercambiador, se debe instalar una Trampa de Vapor (anexo 6), que es una vlvula automtica cuya misin es descargar condensado sin permitir que escape vapor recalentado. La eficiencia de cualquier equipo o instalacin que utilice vapor est en funcin directa de la capacidad de drenaje de condensado, por ello, es fundamental que la purga de condensados se realice automticamente y con el diseo correcto. As mismo, las trampas de vapor han de tener una buena capacidad de eliminacin de aire. Es muy importante que los sistemas de distribucin sean siempre drenados de manera eficiente. Las trampas de vapor son claves para optimizar el drenaje del condensado en los sistemas de vapor, stas deben cumplir con las tres funciones bsicas que se mencionan a continuacin: Eliminacin de condensado Eliminacin de aire y otros gases no condensables Prevenir las prdidas de vapor Vlvula PT100 o sensor regulador de temperatura Es una vlvula PT100 que sirve para regular la temperatura (anexo 7). Su funcin es abrir y cerrar el paso de vapor al consumo, permitiendo mantener estable una temperatura de diseo de algn equipo, por ejemplo al serpentn de un estanque de agua (anexo 8). 1.3.- Secuencia y programa de lavado La secuencia de lavado es un grupo de operaciones ordenadas de tal modo que cada una determina la siguiente y as, se genera el programa de lavado. Segn los antecedentes entregados por planta, originalmente, el lavado no era por pulsos era manual, ya que se realizaba en tiempos continuos de acuerdo al siguiente programa: Incorporar programa de lavado Original Etapa N1: Enjuague con agua, recuperada (pto. 6) por 15 a 30 Minutos Etapa N2: Lavado con solucin soda al 1.5-2 % a 40-60 C Etapa N3: Desplazamiento con agua para recuperacin soda aprox. 5 minutos Etapa N4: Lavado con solucin cido ntrico al 1% 15 a 20 minutos Etapa N5: Desplazamiento con agua para recuperacin del cido aprox. 5 minutos Etapa N6: Enjuague con agua 15 a 20 minutos Etapa N7: Esterilizado con cido peractico al 0.2% 15 a 20 minutos Etapa N8: Recuperacin peractico aprox. 5 minutos Nuevo Programa de lavado por Pulsos En el transcurso de la sincronizacin y puesta en marcha del sistema, se podr verificar la eficiencia de un sistema de lavado por pulsos, este programa de lavado consiste, en realizar los lavados por pulsos, es decir, lavar por cortos perodos secuenciales, lo que tiene una serie de ventajas tales como: Eficiencia del lavado Ahorro de agua y energa Mejoramiento en la calidad del trabajo Costos de lavado ms bajos Este lavado tiene las siguiente etapas [4]: Pre enjuague, fro o caliente, con agua recuperada del ltimo enjuague, con el siguiente programa de pulsos: CUADRO N 1: Programa de pulsos ETAPA TIEMPO(minutos)

1 Pulso 1

1 Reposo 2

2 Pulso 1

2 Reposo 2

3 Pulso 1

3 Reposo 2

Programa de lavado: La definicin de los procesos y programas de lavado estn definidos por, la experiencia recopilada en diferentes reas de la elaboracin de alimentos, en este caso, se parti con un programa base definido por la experiencia de otras plantas [4]. Sin embargo, estos programas no son en su totalidad homologables, por lo tanto, se debi experimentar en terreno con las recetas de lavado, para lo cual, se realizaron anlisis visual en conjunto con anlisis de laboratorio para determinar la flora microbiana y de residuos, que permitieran medir la eficiencia y calidad del lavado de sta central CIP, es decir, en forma emprica y ratificacin cientfica de laboratorio se pudo determinar con exactitud los programas de lavado, que cumplen con los estndares de limpieza establecidos por la planta, en consecuencia, se determinaron los siguientes programas de lavado e higienizacin: Etapa N1, Enjuague con agua recuperada del primer lavado. Etapa N2, Lavado con solucin alcalina (soda) entre 1,0%-1,5% a una T de 6070 C. Periodo de lavado de 3 minutos con ciclos de reposo de 3 minutos, con una operacin cclica de 5 veces. Etapa N 3: Enjuague soda (agua caliente), igual a programas de pulsos pre enjuague del cuadro n1. Etapa N 4: Lavado con cido ntrico al 1% por 15 minutos con ciclos de 30 segundos de operacin y parada. Etapa N 5: Enjuague con agua caliente. Etapa N6: Enjuague final por 10 minutos con ciclos de 30 segundos de operacin y parada. En este ciclo se inyectar a la lnea cido peractico al 0,6%, que es un agente sanitizante. Considerando que, para el funcionamiento del sistema se requiere calentar la solucin de soda, se ha definido incorporar un intercambiador al estanque de soda, el que utiliza como medio de calentamiento el vapor proveniente de la central trmica de la planta, que se encuentra colindante con la ubicacin de la central CIP que se est diseando. Para el caso del agua caliente, sta se obtendr de la red central de agua caliente existente. CAPITULO II Memoria de clculo bombas y red hidrulica Luego de definido el proyecto de la central de lavado (CIP), es necesario definir las redes (piping) que permitirn el correcto lavado de los estanques de fermentacin y reposo, para cerveza. Para definir los circuitos de caeras del lavado CIP es necesario determinar las prdidas de carga (altura til), para lo cual, se utiliza la ecuacin de Bernoulli, para calcular las prdidas en forma terica entre los puntos 1 y 2, en forma esquemtica, de la figura n 6, con color rojo [7].

FIGURA N 6: Puntos Bernoulli

2.1.- Clculo y seleccin bomba CIP de alimentacin Para iniciar los clculos de diseos del CIP se tomar como base la low flow cleaning (bola CIP) que se encuentran actualmente en los estanques, sta trabaja a una presin de 2 bar, con un caudal de 9,8 m3/h y dimetro nominal de 2 (anexo 9). Para el clculo de las prdidas de carga de las caeras y las singularidades, se han considerado, la condicin ms desfavorable entre la central de lavado CIP y el estanque fermentador que se requiere lavar, como se representa en la figura N6 con color rojo, adems, se debe considerar que las redes y singularidades existentes entre estas, es de acero inoxidable 2, y esto corresponden a: 47,5 metros de caera sanitaria 2. 8 codos 90 sanitario 2. 4 tee sanitaria 2 (anexo 10). 2 vlvulas de bola con actuador 2. 1 reduccin sanitaria 2 a 1 (anexo 11). Altura estanque es de 7 metros. El dimetro del estaque a lavar es de 3 metros. Para el clculo de prdidas se debe considerar la velocidad del fluido dentro de las caeras y las singularidades, obteniendo como resultado:

Con este valor, se va al catlogo APV, y considerando las siguientes prdidas de carga en metros de caera equivalente (anexo 12). CUADRO N2: Prdidas seleccin bomba CIP en 2 Prdidas por unidad Cantidad Prdida unitaria equivalente a mts caera 2 Prdida unitaria m.c.a. Total Perdidas m.c.a.

Carga caera Mts 64 0,043 0,060 2,77

Codos c/u 8 1,400 0,061 0,49

Tee c/u 4 5,000 0,216 0,87

Vlvulas c/u 6 10,00 0,433 2,60

H estanque Mts. 7 7,00

Reduccin c/u 1 1,400 0,061 0,06

TOTAL(m.c.a.) 13,72

Por lo tanto, teniendo un requerimiento de la bola CIP, low flow cleaning, equivalente a 2 bar, ms la prdidas de carga por caera y singularidades equivalente a 13.7 m.c.a., da un requerimiento mnimo de la bomba de 33.7 m.c.a. para modo de clculo se utilizar una prdida de carga total de 35.0 m.c.a., al ingresar a las tablas de bombas para CIP modelo SOLID C y proceder a seleccionar la bomba, se encuentra que la bomba que cumple con el requerimiento tiene las siguientes caractersticas CUADRO N3: Bomba CIP Descripcin SOLID C

Modelo SOLID C-2

Impulsor 199

Voltaje del motor 380-420D/660-690 Y

Potencia motor 5,5 kw

2.2.- Clculo y seleccin bomba retorno Para iniciar los clculos de diseos del CIP se tomar como base el caudal de la bomba de alimentacin CIP (ver cuadro N2), con un caudal de 9.8 m3/h. Para la seleccin de esta bomba de retorno existen condiciones dadas por el fabricante de bombas, tales como el modelo de sta, conjuntamente con el caudal de retorno que debe ser levemente inferior al caudal de la bomba de lavado. Para este caso, incluida las prdidas, se debe considerar un caudal de retorno equivalente a un 10% inferior a 9.8 m3/H. En consecuencia, se determinan las prdidas de carga desde la salida de los estanques fermentadores, hasta la central CIP, considerando la condicin ms desfavorable como se representan en la figura N6 de color amarillo, lo que incluye las siguientes caeras y sus singularidades: 62,7 metros de caera sanitaria 2. 8 codos 90 sanitario 2. 6 tee sanitaria 2. 6 vlvulas de bola con actuador 2. o Altura estanque es de 3 metros

Al igual que para la alimentacin del CIP existentes en redes y singularidades mantienen las dimensiones 2 ya existentes en el retorno, por lo cual se mantiene la dimensin de estas. Luego segn ctalo APV, se deben considerar las siguientes prdidas de carga en metros de caera equivalente, para las redes y las singularidades. CUADRO N4: Prdidas seleccin bomba retorno Prdidas por unidad Cantidad Prdida unitaria equivalente a mts caera 2 Prdida unitaria m.c.a. Total Perdidas m.c.a.

Carga caera Mts 62,7 4,33 0,043 2,71

Codos c/u 8,00 1,40 0,061 0,48

Tee c/u 6,00 5,00 0,216 1,29

Vlvulas c/u 6,00 10,0 0,433 2,59

TOTAL(m.c.a.) 7,09

Por lo tanto, considerando las prdidas de carga de 7,094 m.c.a. ms 3 m.c.a. equivalente a los estanques CIP, se tiene un requerimiento total de 10,09 m.c.a. aplicando un factor de seguridad arroja una prdida, se asume que la bomba debe mover los 9.5 m3/h a una presin de 10,09 m.c.a. en consecuencia la bomba que cumple con los requerimientos es: CUADRO N5: Bomba retorno Descripcin MR

Modelo MR 166-S

Voltaje del motor 220-240D/380-420 Y

Potencia motor 4 kw

Presin mxima 4 bar

CAPITULO III Clculo y diseo de los estanques del sistema CIP 3.1.- Clculo volumen mnimo requerido para los estanques Para el clculo de los estanques, se consideran los requerimientos del cliente, conjuntamente con los clculos de capacidades necesarios para el correcto funcionamiento del sistema, en consecuencia, para la definicin del volumen de los estanques de la central CIP, se debe considerar un volumen mnimo de funcionamiento de 500 litros, y que los volmenes de trabajo se movern entre los 60% y 100% de capacidad total de estos estanques. En consecuencia, el volumen de estos estanques ser: Volumen mnimo de funcionamiento 500 litros, esto se debe para mantener un pie mnimo en el estanque ante cualquier necesidad que se requiera. Para las caeras y singularidades se requieren de 193,3 litros entre las lneas de alimentacin y retorno, que corresponde a la distancia que debe recorrer el fluido. De acuerdo a las consideraciones y recetas de lavado de un estanque fermentador, ste puede llegar a tener un pie de 200 litros, ste es el volumen que se puede llegar a tener en el fondo del estanque. Teniendo estos datos, se tiene que el volumen mnimo necesario del estanque de la central CIP debe de ser:

3.2.- Clculo volumen til requerido para los estanques Considerando las condiciones de funcionamiento preestablecidas para el diseo de los estanques CIP, en las condiciones ms desfavorables, para lo cual el estanque debe tener un volumen mnimo til de 60%, con lo cual, ste debe tener un volumen total de: Finalmente, de acuerdo a lo anterior, se define fabricar los estanques con un Volumen til de 1500 Litros. Con este valor, para el diseo del estanque, se considera una altura de 1500 mm, que corresponde a la dimensin comercial de la plancha y el aprovechamiento de stas, se considera un dimetro de los estanques de 1150 mm, con lo cual se tiene una capacidad final del estanque de 1902 litros, as deja un margen de seguridad de 20%. CAPITULO IV Diseo intercambiador de calor 4.1.- Calor a transferir al agua. Para el diseo del intercambiador, se tom como referencia tesis Paredes C. [6], comprobando la informacin bibliogrfica. Los parmetros de diseo para el intercambiador de calor para el estanque de solucin de soda se aprecian en el cuadro n 6, donde, el agua a 30 C, proviene de un circuito de agua a esta temperatura la cual ya est existente en la planta y el vapor suministrado proviene la planta trmica que se encuentra en la planta, con una presin de 5,5 kg/cm, el valor del flujo de vapor es entregado por planta, los 65C provienen del programa de lavado, con lo cual se obtiene: CUADRO N6: Parmetro diseo intercambiador CIP. Volumen del estanque de agua 1.900 Lts

Volumen de agua a calentar por hora(Vh) 1.9 m/h

Temperatura de entrada del agua (Te) 30C

Temperatura de salida del agua (Ts) 65C

Presin de vapor en la red ( suministro) 5,5 kg/cm

Flujo de Vapor 120 kg/hr

Es necesario determinar la masa de agua a partir del volumen para calcular el calor necesario. Reemplazando el volumen y la densidad del agua en la ecuacin 4.1 se tiene[3]: Reemplazando los datos y la constante Cp en la ecuacin 4.2, se obtendr el calor a transferir (Qabs) [3].

Por lo tanto, el calor necesario para calentar 1.900 Lts de agua desde 30C a 65C en una hora, es 66.500 kcal/h. 4.2.- rea de transferencia de calor De la ecuacin bsica de transferencia de calor se obtendr el rea necesaria de transferencia de calor en el intercambiador [2]. El calor ya es conocido, el factor de correccin se obtiene a partir de tablas, por lo tanto slo queda por calcular el coeficiente global de transferencia de calor y el TML. Se considera un flujo cruzado, para calcular la diferencia de temperaturas logartmicas, ya que el serpentn se instalar en paralelo. Entonces, una vez que est claro que el flujo es cruzado, se debe determinar el TML a partir de la siguiente expresin [5].

Donde para una presin de 5,5 kg/cm2 se tiene T1. T1 : temperatura del vapor en la entrada.

T2 : temperatura del vapor a la salida.

t1 : temperatura del agua en la entrada.

t2 : temperatura del agua en la salida. T1 : T1- t2 [4.6]

T2 : T2 t1 [4.7]

De todas estas temperaturas, la nica desconocida es la temperatura del vapor a la salida del intercambiador, puesto que obviamente va a bajar en el proceso. Para determinarla se utilizar la primera Ley de la Termodinmica, es decir, que el calor cedido por el vapor, es igual al calor absorbido por el agua. Se supone la marmita perfectamente aislada. Por otra parte en la prctica existen prdidas de temperatura que ocasionan una leve condensacin, logrando una calidad inferior a 1.Gaffert, en su texto centrales de vapor [1], expone que sta se puede considerar entre un 95% a 98%, para efectos de clculo se considerar en ste trabajo como 95%. Con estos datos se est en condiciones de reemplazar y obtener la temperatura del vapor a la salida del intercambiador [5].

Por lo tanto, el vapor sale como lquido subenfriado, entones la temperatura del vapor a la salida sera de 77,25 C T1 : temperatura del vapor en la entrada = 154,5 C (anexo 13) T2 : temperatura del vapor a la salida. = 77,25 C t1 : temperatura del agua en la entrada = 30 C t2 : temperatura del agua en la salida. = 65 C Reemplazando en las ecuaciones 4.6 y 4.7 ,se tiene: T1 : 154,5 - 65 = 89,5 C T2 : 77,25 30 = 47,25 C Los valores anteriores se reemplazan en ecuacin 4.4.

Entonces, con los valores obtenidos y reemplazando en la ecuacin 4.11 se obtiene que la diferencia media de temperaturas logartmicas es 66,14 C. El factor de correccin, se determina del grfico n 1[8]. GRFICO N 1: Factor de correccin

Entonces se obtiene que el factor de correccin es de 0.86 Ahora solo queda por obtener el coeficiente global de transferencia de calor, el cual puede ser determinado de la siguiente manera [3].

Se hace necesario entonces determinar los valores del coeficiente interno y externo de transferencia de calor por conveccin. Para poder calcular el coeficiente interno de transferencia de calor hay que tener en cuenta la situacin frente a la cual se encuentra, va a pasar vapor por dentro de un tubo con el objeto de transmitir calor al agua en la que va a estar inmerso el tubo, el vapor que pasa por la tubera es un vapor saturado, es decir que an mantiene partculas de agua, tambin al ceder calor pierde calidad, por lo tanto se va a estar produciendo un cambio de fase. Entonces buscando los datos en tablas de anexos 14, haciendo las determinadas transformaciones de unidades y en algunos casos iterando se tienen los siguientes valores:

D: dimetro interior del tubo (m); 0.0486 g: aceleracin de gravedad (m/h); 127087963 v: densidad del vapor (kg/m); 3,425 l: densidad del lquido (kg/m); 912,89 Kl: conductividad trmica del lquido (kcal/h m C); 0.586 l: viscosidad absoluta (kg/m h) ; 0,437 Tsat: temperatura de saturacin (C) a la presin de 5,5 kg/cmabs ; 154,5C Ts: temperatura de la superficie (C); 145,27 hfg: calor latente (kcal/kgmasa); 501,27 Entonces reemplazando en Ecuacin 4.16, se obtiene : kcal

Entonces finalmente reemplazando en ecuacin 4.15, se puede determinar que el hi es 8410,04 (Kcal / h m C), lo que equivale a 9974,57 W/m C. Para obtener el he se usar ecuacin 4.17, evaluando con la temperatura el promedio, o sea a 82 C, donde los datos debern estar en unidades inglesas (anexo 14). Do: dimetro exterior del tubo (pies); 0,083 V: velocidad mnima a travs del rea libre (pies/h); 1181.1 : densidad del lquido (libras/pie); 60,57 U: viscosidad absoluta del lquido (libras/h pies); 0,84 C: calor especfico del lquido (BTU/libra F); 1,002 K: conductividad trmica del lquido (BTU/pies h F/pie); 0.389

Reemplazando en ecuacin 4.17, se puede determinar que he es 322,5 (BTU/h pie F). Ahora la transformacin al sistema de unidades inglesas entrega un coeficiente externo de transferencia de calor de : kcal Ahora se determinar el rea que debe tener el serpentn para los requerimientos dados, despejando y reemplazando los datos en la ecuacin 4.3, se tiene un rea de 0,88 m, conociendo el rea del serpentn, y asignando un dimetro de caera de 1 con dimetro exterior equivalente a 0,0334 m de dimetro (anexo 15). Con estos valores se puede obtener el largo del serpentn despejando y reemplazando en ecuacin 4.18. Entonces se obtiene que para elevar la temperatura del agua de 30C a 65C, se necesita un serpentn con un dimetro de 1y un largo de 8,2 metros. 4.3.- Seleccin de trampa de vapor para intercambiador. Para seleccionar la trampa de vapor es necesario determinar la carga de condensado Qc [2].

Reemplazando los datos en la ecuacin 4.19, se obtiene que una carga de condensado de 133 kg/h. Se seleccionar una trampa de vapor del tipo flotador-termostato por considerarse ideal para intercambiadores de calor [2]. Este tipo de trampas tienen un factor de seguridad (fs) de 1,5, por lo que se deber determinar la carga final (Qf) de condensado para la seleccin de la trampa. Reemplazando los datos en la ecuacin 4.20 se tiene una carga de 332,5 kg/h. Por lo tanto se tiene la siguiente trampa de vapor (anexo 3): TRAMPA: Spirax Sarco MODELO: FT 700 CONEXIN: 1 pl. BSP 4.4.- Seleccin vlvula reguladora de temperatura. Para el control de temperatura se ha optado por instalar una vlvula solenoide onoff, con su correspondiente sensor de T. PT 100, la que a travs de un controlador digital controla la apertura o cierre de la vlvula (anexo 7). La vlvula solenoide seleccionada es: Vlvula solenoide neumtica modelo 2000-A, marca BRKER, capacidad 64.8 CV. PT-100 rango temperatura entre 30 a 120C Controlador BS-2300 RLL On-Off CAPITULO V Lgica de operacin del sistema C.I.P 5.1.- Consideraciones previas al lavado La lgica de operacin son los valores o informacin entregados al PLC para realizar la secuencia de lavado. La lgica de operacin para los distintos estanques fermentadores, se han definido de acuerdo al siguiente procedimiento (ver figura n 1). PREVIO AL LAVADO Verificar que los estanques de CIP, tengan un volumen mnimo equivalente al 60%, de su volumen. Verificar para cada estanque que la concentracin de las soluciones este dentro de los rangos pre establecidos: Soda entre 1.5 y 2% de concentracin cido Ntrico 1%, como concentracin mnima. cido peractico 0.2% como concentracin mnima Verificar que la temperatura del estanque de soda sea a lo menos 40C Verificar que la red de agua caliente est a una temperatura mnima de 65C. Chequear que el estanque fermentador a lavar, no tenga restos de productos. Chequear que el conjunto de vlvulas estn cerradas correctamente para todos los estanques. Verificar que las vlvulas del estanque que se desea lavar y enjuagar, se encuentren abiertas para permitir, la eliminacin de los elementos del lavado y enjuague. El lavado se realizar para un solo estanque y se ejecutar de acuerdo a un programa de lavado preestablecido (receta), para cada caso, este proceso o secuencia de operacin del sistema de lavado ser controlado mediante un PLC y su correspondiente Software que controla todas las recetas de lavado, el cual controlar y ejecutar el programa de lavado. 5.2.- Lgica operacin para estanques fermentadores o reposo De acuerdo al diagrama de Flujo del sistema CIP (figura 7), la lgica de operacin est contralada por el PLC, esta lgica est definida en base a los programas de lavado, es decir, el PLC debe ser programado para controlar y generar una lgica de operacin del sistema CIP, que permita cumplir con las recetas de lavado definidas por el rea de produccin de la planta y que estn definidas en el punto 1.3, es decir, la programacin debe asegurar el cumplimiento del programa de lavado preestablecido y definido para el estanque que ser sometido al programa de lavado CIP, a continuacin se describe una lgica de operacin que debe ser ejecutada por el programa en el PLC. En el cual los fluidos son reutilizados, ya que una vez desarrollado el lavado, los fluidos son devueltos a los estanques de donde salieron. FIGURA N 7: Diagrama del CIP Etapa N 1, enjuague con agua recuperada primer lavado 1. Se realiza un primer enjugue con agua recuperada TK A, para lo cual se abre vlvula N 3 y N 10. 2. Para iniciar el lavado se pone en funcionamiento bomba CIP B1, luego de 1 minuto se pone en funcionamiento bomba de retorno B2. 3. El control centralizado del CIP, a travs del PLC, genera la secuencia de lavado por pulso de acuerdo a las recetas preestablecidas. 4. Una vez finalizado este enjuague, se cierran las vlvulas N 3 y 10, para continuar con el lavado. Etapa N 2, Lavado con Soda 5. Antes de iniciar el proceso de lavado, verificar que todas las vlvulas del manifold se encuentren cerradas. 6. Para iniciar el lavado con soda, se abren las vlvulas N 4 y 9. 7. Se pone en marcha la bomba de lavado B1 y 1 minuto despus se pone en marcha la bomba B2 8. El control centralizado del CIP, a travs del PLC, genera la secuencia de lavado por pulso de acuerdo a las recetas preestablecidas. 9. Una vez terminado el ciclo de lavado con soda, se procede a detener la bomba B1 y cerrar la vlvula N 4. 10. Luego de la bomba B2, contina funcionando por unos 5 minutos hasta que retorne el total de la soda al TK B. Etapa N 3, Enjuague con agua caliente: 11. Antes de iniciar el proceso de lavado, verificar que todas las vlvulas del manifold se encuentren cerradas. 12. Finalizado el lavado con soda, se inicia el enjuague con agua caliente. 13. Para iniciar el enjuague con agua caliente se abre vlvulas N 2 y 11. 14. Luego se pone en marcha Bomba CIP, B1 y despus de 1 minuto se pone en marcha bomba retorno B2. 15. El control centralizado del CIP, a travs del PLC, genera la secuencia de enjuague con agua caliente por pulso de acuerdo a las recetas preestablecidas. 16. Una vez finalizado el enjuague, se procede a cerrar la vlvula N 2 y detener la bomba B1. 17. Luego de la bomba B2, contina funcionado por unos 5 minutos hasta que elimina toda el agua del sistema la que es enviada a los desages para luego enviarla a la planta de tratamiento, lo que permite eliminar casi toda el agua del sistema. Etapa N 4, Lavado con cido Ntrico: 18. Antes de iniciar el proceso de lavado, verificar que todas las vlvulas del manifold se encuentren cerradas. 19. Para iniciar el lavado con cido ntrico, se deben cerrar la vlvula N11. 20. Para iniciar el lavado con cido ntrico, se abren las vlvulas N 6 y 7. 21. Luego se pone en marcha Bomba CIP, B1 y despus de 1 minuto se pone en marcha bomba retorno B2. 22. El control centralizado del CIP, a travs del PLC, genera la secuencia de lavado por pulso de acuerdo a las recetas preestablecidas. 23. Una vez terminado el ciclo de lavado con cido ntrico, se procede a detener la bomba B1 y cerrar la vlvula N 6. 24. Luego de la bomba B2, contina funcionando por unos 5 minutos hasta que retorne el total del cido ntrico al TK D. Etapa N 5, Enjuague con agua caliente: 25. Antes de iniciar el proceso de lavado, verificar que todas las vlvulas del manifold se encuentren cerradas. 26. Finalizado el lavado con soda, se inicia el enjuague con agua caliente. 27. Para iniciar el enjuague con agua caliente se abre vlvula N 2 y 11. 28. Luego se pone en marcha Bomba CIP, B1 y despus de 1 minuto se pone en marcha bomba retorno B2. 29. El control centralizado del CIP, a travs del PLC, genera la secuencia de enjuague con agua caliente por pulso de acuerdo a las recetas preestablecidas. 30. Una vez finalizado el enjuague, se procede a cerrar la vlvula N 2 y detener la bomba B1. 31. Luego de la bomba B2, contina funcionando por unos 5 minutos hasta que elimina toda el agua del sistema la que es enviada a los desages para ser enviada a la planta de tratamiento. Etapa N 6, ltima Etapa Sanitizado (esterilizacin) con cido Peractico: 32. Antes de iniciar el proceso de lavado, verificar que todas las vlvulas del manifold se encuentren cerradas 33. Para iniciar el lavado con cido peractico, se deben cerrar la vlvula N7. 34. Para iniciar el lavado con cido ntrico, se abren las vlvulas N 5 y 8. 35. Luego se pone en marcha Bomba CIP, B1 y despus de 1 minuto se pone en marcha bomba retorno B2. 36. El control centralizado del CIP, a travs del PLC, genera la secuencia de lavado por pulso de acuerdo a las recetas preestablecidas. 37. Una vez terminado el siclo de lavado con cido peractico, se procede a detener la bomba B1 y cerrar la vlvula N 5. 38. Luego de la bomba B2, contina funcionando por unos 5 minutos hasta que retorne el total del cido peractico al TK C. CONCLUSIN Se puede concluir que se logr el objetivo principal de este proyecto que era el diseo de un CIP automatizado para el lavado de estanques de fermentacin y equipos asociados, para la elaboracin de cerveza. En este proyecto se definieron y/o disearon: Estanques, bombas, vlvulas, piping, que permitieran el correcto lavado de los estanques y componentes de la fbrica elaboradora de cerveza. Para la definicin de los componentes del sistema de lavado CIP, se debieron considerar una serie de factores, partiendo por los equipos y componentes a lavar, para luego en base a bola de lavado CIP, Instalada en los estanques por el fabricante de estos, proceder a la determinacin y diseo del sistema de lavado CIP. Esto permiti, definir y disear entre otras cosas, la bomba de alimentacin y de retorno, el tamao de los estanques, el dimensionamiento del piping, la seleccin de las vlvulas, etc. Para determinar el programa de lavado (receta de lavado), se debi experimentar en terreno en conjunto con la informacin disponible, lo que apoyado por inspeccin visual en conjunto con los anlisis de laboratorio, permitieron medir la eficiencia y calidad del lavado de sta central CIP. Conjuntamente con lo anterior, se debieron definir los siguientes productos y su concentracin: Soda 1,5% al 2% cido ntrico 1% cido peractico 0.2% Para la definicin de la lgica de operacin para los distintos estanques fermentadores y/o reposo se tom como base la definicin del programa de lavado, en consecuencia, para dar cumplimiento a dichos sistemas de lavado se procedi, mediante un PLC a programar el sistema de tal modo que permitiera una secuencia de lavado de cada estanque de acuerdo al programa de lavado determinado, denominado receta de lavado. BIBLIOGRAFA [1] GAFFERT G.; Centrales de Vapor; Editorial Revert S.A.; Barcelona; 1981. [2] KERN D.; Procesos de transferencia de calor; Editorial Continental S.A.; 2004. [3] MATAIX C.; Turbo mquinas trmicas; Editorial Dossat S.A. ; 1973 ; Madrid Espaa. [4] MILIVAL S.A., Proyecto de lavado C.I.P.; Chile; 1996. [5] MORING V.; Termodinmica; EE.UU.; Unin Tipogrfica Editorial Hispano Americana; 1972. [6] PAREDES C., Anlisis tcnico y de costo de red de vapor y sus equipos en empresa Pacel S.A., 2010, Valdivia, Chile [7] STREETER V., BENJAMIN E., BEDFORD K.; Mecnica de fluidos; Mc Graw Hill; 2000; EE.UU. SITIOS WEB VISITADOS [8] http://www.ci.unam.mx/ojs/pub/heatexchanger/node20.htmnl; Consultada el: 8 de octubre de 2010. ANEXOS 1 4 5

1Bomba retorno

Fuente: Catalogo Alfa Laval. 2Bomba alimentacin CIP

Fuente: Catalogo Alfa Laval. 3Vlvula mariposa

Fuente: Catalogo Alfa Laval. 40 ANEXO 40 ANEXO 41 ANEXO

ANEXO 4 Actuador neumtico

Fuente: Catalogo Alfa Laval. 5 Coplas SMS Fuente: Catalogo Alfa Laval. 43 44 45 ANEXO

6 Trampa vapor

7 Sensor de temperatura

8 9Vlvula neumtica

Bola CIP

40 ANEXO 48 ANEXO 49 ANEXO

Fuente: Catalogo Alfa Laval. 10 Tees 11 Reduccin Fuente: Catalogo Alfa Laval. 12 Catlogo APV

50 52 ANEXO 53 ANEXO

13Tabla termodinmica ANEXO 14 Tablas datos coeficiente global 1 56 55 ANEXO

ANEXO 15 Dimetro equivalente caera