optimización del sistema de higiene

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.


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.


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


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).


• 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).


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


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.

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 !!!

optimización del sistema de higiene

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