propuesta de mejora del sistema de monitoreo y control de

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,,,. EDUCACION UCHU114 01 IOl,j C• c1 0N 11 0 1 1. ICA 19

Departamento de

Escuela Superior de Ingenieria Qui mica e Industrias Extractivas

Subdirecci6n Academica Evaluaci6n y Segui miento Academico

T-DEySA-1 05 -1 8

Asunto Aut orizaci6n de lmpresi6n

CDM>: , a 26 de noviembre de 20 19

Pasante PEDRO SANCHEZ AVELAR PRESENTE

Boleta 2008320605

·20rn. t\/lfl rlol Cr.ud(,lr, d1A %1. Errnf,aoo 7apa1a· flll al,o, de, la IJnidad Profo11w,I M!'llfo I.J,por1. II.;;~;,,.

70 l1nrvurs1J1io dol CECyT /Jo 3 ·Es1an1•.fa1, llam~o 7. Rrllz' 60 afimi do XF.IPIJ Canal Ont,1, c,gulloo:"°""'~ i,rJrlt.<.n:m

llO Amvr,111-100 d-01 CFC',y T No 4 'I hum (;/11f,00;,,·

Programa Academico I .Q. I.

Los suscritos tenemos el agrado de i nformar a usted , que habiendo pr ocedido a r evisa r el borrador de la modalidad de titulaci6n correspondi ente denorninado :

Instrumentaci6n y control de los para.metros criticos en un proceso de producci6n de yogurt"

encontramos que e l citado t r abajo escrito de Tesis Individual, r eune los requisites para autorizar el examen profesional y proceder a su impresi6n segun e l caso , debiendo tomar en conside raci6n l as i ndicaci ones y correcciones que al respecto se l e hicie r on.

At entamente JURADO /

M. en P. • • Presidenta

anes Per ez M. en E. Armando Tonat iuh Ava l os Bravo Secr e ta r i o

M. en E. Sa ndra Vi llanueva Funez

\·SI Dra . Lil ia ~ictor ia Hernande z

Vocal 2 Pascualli

,; . c .p.- Depto . de Eval ua ci 6n y Seguimie nto AcadAmi co. r.: . r:: .p. - Dq,to . do G0.nti6n Escolar <:RG / mlcp

Ediriclo 7, 1er plso, Unidad Profesional "Adolfo Lopez Mateos·. Col. Zacatenco. Alcaldia Gustavo A. Madero, C.P. 07738, Ciudad de Mexico, Conmutador 01 (55) 57296000 ext. 55103 Y 55104 www.eslqle.ipn.mx; www.ipn.mx

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Asunto Cesi6n de derechos

CDMX, 26 de noviembre de 2019

Escuela Superior de Ingenieria Quimica e Industrias Extractivas

Subdirecci6n Academica Departamento de Evaluaci6n y Seguimiento Academico

•2019, Model Caudillo del Sur, Emiliano Zapata· 60 ai\o5 de la Unidad Profesional Adolfo L6pez Mateos

70 Aniversario del CE Cy T No. 3 "Estanislao Ram~ez R~iz• 60 eiios de XEIPN Canal Once, orgullosamenle pohtecn,co

60 Aniver.iario del CECy T No 4 1.ilzaro Cardenas·

CARTA CESION DE DERECHOS

El/La que suscribe : Pedro Sanchez Avelar estudiante del Programa de: Ingenieria Quimica Industrial con numero de Bol eta: 2008320605 , manifiesta que es autor / a intelectual del presente traba j o e s cr i to, por la opci6n : Tesis Individual, bajo la direcci6n del profesor/a M. en E . Armando Tonatiuh Avalos Bravo ceden los derechos del trabaj o : "Instrumentaci6n y control de los pariunetros criticos en un proceso de producci6n de yogurt" a l I ns ti tuto Poli tecnico Naci onal para su difusi6n , con fines academicos y de investigaci6n .

Los usuarios de la informaci6n no deben reproducir el con te nido textual , graficas o datos del traba j o sin el permiso expreso del autor y/o directo r del trabajo. Este puede ser obtenido escribi endo a la siguiente direcci6n de correo electr6ni co [email protected] Si el permiso se otorga, el usuari o debera dar e l agradecimien to correspondiente y citar la fuente del mismo.

A t e n t a m e n t e

¼fiiff;~d~r Nombre y Firma del / la

estudiante

Ediflclo 7, 1er piso, Unidad Profesional "Adolfo Lopez Mateos·, Col. Zacatenco, Alcaldia Gustavo A. Madero, C.P. 07738 , Ciudad de Mexico, Conmutador 01 (55) 57296000 ext. 55103 Y 55104 www.esiqie.ipn .mx; www.ipn mx

Nombre y Firma De l / la director(a)

fl 2019

lMI LIA J«lJ: A l\.\fA

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA

E INDUSTRIAS EXTRACTICAS

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE LOS

PARÁMETROS CRÍTICOS EN UN PROCESO DE

PRODUCCIÓN DE YOGURT

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL

PRESENTA

PEDRO SÁNCHEZ AVELAR

ASESOR M. en E. ARMANDO TONATIUH

AVALOS BRAVO

CIUDAD DE MÉXICO, DICIEMBRE 2019

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj8ud7ByODOAhXCQSYKHTViBMcQjRwIBw&url=http://www.cecuti.ipn.mx/&bvm=bv.131286987,d.eWE&psig=AFQjCNE-7uRpQrW82aFQyIQkasJDuokhJg&ust=1472351932945249

https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjt0YKHyeDOAhUEYyYKHXeDDsoQjRwIBw&url=https://elalebrije.net/2014/05/26/ipn-desarrolla-biocombustible-de-bajo-costo/esiqie/&bvm=bv.131286987,d.eWE&psig=AFQjCNH4bodhX5B07ZgCjM2D-n4Ks6qyXA&ust=1472352076821290

Agradecimientos

Al Instituto Politécnico Nacional, por la constante dedicación en la formación de profesionistas.

A la ESIQIE, por haber formado parte de mi vida y haberme ayudado a encontrar los mejores amigos y colegas. Por el conocimiento y las experiencias.

A mi familia, por haberme dado la fortaleza para vencer cualquier adversidad, por estar a mi lado y comprender todas mis locuras.

A mis amigos, por ser parte de mi vida y apoyarme en todos los momentos.

A Nataly, por tu paciencia y dedicación, por estar a mi lado y por ayudarme en esta etapa tan importante.

A mi asesor, por compartir conmigo sus conocimientos, tiempo y experiencia en la elaboración de la presente tesis. Gracias por su interés, comprensión y apoyo.

ÍNDICE Página

RESUMEN i INTRODUCCIÓN ii CAPÍTULO I – Antecedentes del proceso de fabricación del yogurt I.1 Proceso de fabricación del yogurt 1 I.2 Principales defectos en la fabricación industrial del yogurt 5 I.3 Buenas prácticas de fabricación y prevención de la contaminacióncruzada

9

I.3.1 Prevención de la contaminación cruzada 11 I.4 Características de la materia prima 12 I.4.1 Propiedades microbiológicas de la leche 13 I.4.2 Especificaciones fisicoquímicas y microbiológicas del yogurt 15 I.4.3 Cultivos bacterianos 16 I.4.4 Mermeladas 17 CAPÍTULO II – ESTUDIO DEL CASOII.1 Etapas criticas 18 II.1.1. Estandarización 18 II.1.2. Homogeneización 19 II.1.3. Pasteurización 20 II.1.4. Incubación 21 II.2. Fundamentos sobre la automatización y el control 22 II.2.1 Control 22 II.2.2 Automatización 23 II.3 Elementos para un sistema de control 27 II.4 Elementos de un sistema de control para temperatura 29 II.4.1 Controladores de temperatura 29 II.4.2 Medidores de temperatura 33 II.5 Descripción general del suministro de materia prima 35 II.6 Equipos y sensores 36 II.7 Lógica de funcionamiento del sistema 47 II.7.1 Condiciones para el arranque del sistema 47 CAPÍTULO III – PROPUESTA DE DISEÑOIII.1 DTI 52 III.2 Glosario y descripción de líneas de proceso 55 CONCLUSIONES 61 BIBLIOGRAFÍA 63ANEXOSAnexo A - Instrumentos mecánicos de medida de temperatura 64 Anexo B - Simulador de Control de PID serie Platinum 67Anexo C - Ficha Técnica “Tetra Pak® High Shear Mixer” 70 Anexo D – Ficha Técnica “Tetra Pak® Mixing unit/Dynamic statorsuitable for Tetra Pak® High Shear Mixers”

73

Anexo E - Preparación de cultivos iniciadores. Optimización del sustratode crecimiento

76

Instrumentación y Control de los parámetros críticos en un proceso de producción de yogurt.

i Pedro Sánchez Avelar

RESUMEN

La fabricación industrial de yogurt es uno de los procesos que menos tiene cambios en la industria alimenticia y a pesar de que existen muchos tipos y marcas de yogurt, todos se fabrican con una serie de pasos o etapas que son la columna vertebral del proceso. Las principales innovaciones en la fabricación de yogurt están enfocadas en las formulaciones y en la adición de ingredientes para mejorar o incrementar la calidad del producto terminado.

La presente investigación plantea una opción de mejora para hacer que las etapas críticas de fabricación del yogurt estén ordenadas, coordinadas y monitoreadas por un sistema de control automático. El sistema de control propuesto parte de la creación de un diagrama de tuberías e instrumentación y son diseñados para identificar las etapas críticas en un formato

Dentro del primer capítulo se vislumbra conocer todos los aspectos de la fabricación de yogurt, considerando desde lo más elemental como las propiedades de las materias primas hasta los pasos generales para la fabricación industrial del yogurt. Un aspecto muy importante para garantizar la calidad del producto final, es conocer los errores más comunes que se cometen en la operación para, poder así entender cuáles son su orígenes y ayudar a combatirlos, Se consideran también las buenas prácticas de fabricación recomendadas para el manejo de productos lácteos, esto como medida de calidad para el producto terminado.

Debido a que el enfoque de esta investigación es mejorar el proceso de fabricación del yogurt en el segundo capítulo se detallan las etapas críticas o la columna vertebral para producir el yogurt. Las etapas críticas son las partes de la fabricación en donde se cometen el mayor número de errores y esto es principalmente por fallas humanas. Este capítulo contrasta también los fundamentos y elementos de deberá contener nuestro sistema de control automático y que son la base de la propuesta del diagrama de proceso.

Para finalmente plantear un modelo de mejora que se traduce en una planta piloto capaz de adaptarse a cualquier necesidad del mercado, enfocada al control de la temperatura en 2 etapas críticas y al control de la temperatura en relación con el ph durante la incubación, se detallan todos los elementos de instrumentación y control requeridos por el proceso para logar automatizar la producción.


ii Pedro Sánchez Avelar

El control de la temperatura durante el proceso de fabricación industrial del yogurt es de vital importancia ya que al controlar la temperatura es posible garantizar un producto final que cumpla con los estándares de calidad de la empresa, controlar esta variable favorece el proceso de transformación durante la incubación de las bacterias vivas lo que requiere una temperatura adecuada y constante para ayudar a garantizar el óptimo crecimiento de las mismas. Los microorganismos durante su crecimiento liberarán ácido láctico para las condiciones requeridas de pH. Así mismo, una temperatura estable ayuda a reducir el tiempo de incubación y a obtener una transformación eficiente de nuestras materias primas.

A lo largo de la historia de la ingeniería química siempre se ha buscado acercarse lo más posible al ideal en algún proceso o reacción química, y esto implica también los aspectos más pequeños que conforman cualquier operación de transformación. Es de destacar que el método para la fabricación de productos fermentados ha cambiado muy poco desde que lo conocemos y sobre todo desde que se produce de manera industrial y son los avances más recientes en el área de las formulaciones. Es para la demanda de este tipo de alimentos está constantemente incrementando resulta muy importante mejorar los aspectos que puedan complementar a una producción óptima que cumpla los estándares de calidad.


ii Pedro Sánchez Avelar

INTRODUCCIÓN

Una de las propuestas para lograr mitigar y satisfacer las demandas, con un objetivo claro de calidad y responsabilidad, incluye además la reducción de los errores cometidos durante la operación que puedan resultar en pérdidas. La capacidad actual de una planta puede dejar de ser aceptable para cubrir la demanda de los consumidores, pero es notable que a medida que la empresa se expande también lo hacen los requerimientos de producción.

Uno de los parámetros más importantes a lo largo del proceso de fabricación es la temperatura se debe a que la leche debe pasar por varias etapas de calentamiento y enfriamiento.

Para que el producto final sea aceptable debe primero ser tratado con el mayor cuidado posible ya que el componente principal para elaborar el yogurt, son las bacterias lácteas, que transforman la materia prima, al cuidar la temperatura en la que las bacterias se inoculan, se garantiza una producción adecuada de ácido láctico, otorgando así las mejores condiciones para el óptimo desempeño de los ingredientes.

El control de la temperatura durante el proceso de fabricación resulta ser una medida eficaz y óptima para garantizar los objetivos de la empresa, este planteamiento propone una comprobación puntual de las temperaturas a lo largo de las etapas críticas del proceso, además de una lectura en tiempo real del pH durante la incubación, pueden así obtener una medida, de estas variables para que puedan ser grabadas y rastreables para fines de calidad y sobre todo para garantizar las condiciones necesarias para la producción.

Las mediciones de temperatura se realizan por medio de termopares que comunican esta información a una computadora central y a un controlador, el valor del pH se mide por medio de un sensor que envía esta información a la consola central. Este control puede también accionar alertas, cuando las variables salgan de los rangos establecidos en el sistema, enviando una señal a los operarios mediante la computadora.

Si la temperatura durante las etapas críticas del proceso de fabricación sufre algún cambio el sistema puede también accionar una alerta y emitir una señal para regular la cantidad de vapor otorgando la oportunidad de corregir automáticamente cualquier falla que pueda alterar la calidad de producto. El monitoreo del pH se realiza de manera automática otorgando una señal constante en la computadora, el sistema contempla alertas cuando el nivel del pH alcance un valor establecido.


iiPedro Sánchez Avelar

La automatización y el control como medida de solución provee una mejor revisión de la temperatura en cada una de las etapas del proceso de fabricación y otorga la posibilidad de actuar de manera automática para regular los parámetros requeridos para la producción. Al automatizar la toma de lecturas de pH durante la incubación se puede monitorear en un tiempo real la producción de ácido láctico, las condiciones ideales para obtener un producto de calidad se alcanzan al llegar a un pH de entre 4.6 y 4.7.

El proceso de automatizar y controlar la temperatura otorga una reducción de los errores cometidos a diferencia de un control manual, lo que implica una centralización de los datos de medición de la temperatura para cada etapa crítica del proceso de fabricación y la medición del pH durante la incubación, por señales transmitidas a un controlador o computadora que analiza la información y emite señales al actuador para regular o corregir los parámetros establecidos.

CAPÍTULO I

ANTECEDENTES DEL PROCESO DE

FABRICACIÓN DEL YOGURT


1 Pedro Sánchez Avelar

En este capítulo se conocerán los aspectos fundamentales para la fabricación industrial

de yogurt, se describen las etapas por las que deben pasar los ingredientes y la presente

información nos da un panorama general sobre los requerimientos de las materias primas

y el cuidado que se debe tener en cada una de las etapas.

I.1 Proceso de fabricación del yogurt

Dentro de la industria existen diversos métodos y formas de realizar el yogurt, sin

embargo esto se debe a que la elaboración tiene procesos muy específicos resulta más

sencillo englobar la fabricación en 3 etapas1:

Etapa 1 - Acopio y estandarización

La etapa de acopio inicia una vez que la leche es recibida del establo, el personal se

asegura que la leche cumpla con los parámetros de calidad establecidos, es un requisito

esencial que la leche esté libre de compuestos que puedan poner en riesgo la calidad

del producto.

La estandarización es un proceso mediante el cual la grasa y los sólidos de la leche son

controlados para obtener una materia prima adecuada. La leche se debe precalentar a

una temperatura que permita lograr una homogenización de la grasa para que mediante

el uso de una descremadora se nivele su concentración.

Etapa 2 - Producción

En esta etapa se integran todas las materias primas necesarias para la elaboración del

yogurt. Es fundamental que se sigan las buenas prácticas de manufactura y que las

instalaciones cumplan con los estándares de calidad para garantizar un producto de

calidad.

La leche se vierte en un mezclador que aplica presión para lograr una mezcla homogénea,

para favorecer este proceso y evitar separaciones se debe calentar la leche.

La leche homogeneizada debe pasar por un proceso de pasteurización para eliminar

microorganismos patógenos. Este proceso se debe realizar cuidando la temperatura y el

tiempo con el fin de obtener la mejor calidad de la materia prima, los tiempos pueden

variar dependiendo de la concentración de grasa en la leche.

1 http://inds-alimentarias.blogspot.com/2017/07/proceso-de-produccion-de-yogurt-nivel.html

Alais, Charles. Ciencia de la leche: principios de técnica lechera. España: Reverté, 1985.



La leche que sale del proceso de pasteurización debe ser enfriada y preparada para la

inoculación, en este proceso se le adiciona a la leche un fermento lácteo conformado por

cultivos bacterianos. La incubación se realizará durante 4 a 6 horas controlando la

temperatura, este parámetro es de suma importancia ya que el rango de temperatura

óptima de crecimiento de las bacterias es muy específico.

Una vez que el producto alcanza el pH deseado se procede a realizar un batido, este

proceso ayuda a enfriar el yogurt y lo deja listo para agregar saborizantes, mermeladas

de frutas, azúcar, colorantes y conservadores.

Etapa 3 - Acondicionamiento

En esta etapa el producto está listo para ser empacado de acuerdo a las necesidades

del mercado, es importante conservar el producto final en refrigeración hasta el momento

de su comercialización.

Tabla I.1.- Parámetros y condiciones durante la fabricación de yogurt 23

Proceso Parámetros Condiciones

Estandarización de la leche

Porcentaje de grasa: 2% Porcentaje de solidos: 7%

Precalentar la leche a 40 °C

Homogeneización Presión: 100 kg/cm2 Temperatura: 40 °C

Pasteurización Tiempo: 15 - 30 minutos 15 segundos

Temperatura: 85 °C 72 °C

Enfriamiento Temperatura: 40 -45 °C

Incubación

Tiempo: 4 - 6 horas Mezcla: 2-3% de cultivo formado por partes iguales de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus

Temperatura: 45 °C pH: 4.6 – 4.7 pH 4.0 - 7

Batido - Temperatura: 20 °C

Durante la fabricación se contemplan procesos que requieren de una minuciosa atención,

el primero que debe ser medido con exactitud es la estandarización y ocurre durante la

primera etapa de la producción, para lograr la estandarización de la leche es necesario

incrementar la temperatura hasta 40 °C.

2 Rodriguez, Oscar. 12 de Septiembre de 2016. Proceso de producción de yogurt a nivel industrial

https://es.slideshare.net/wapg16/proceso-de-produccion-yogurt-a-nivel-industrial.

3 Preparación de cultivos iniciadores. Optimización del sustrato de crecimiento. Rivas, Franco P. - Garro, Oscar



Esto permitirá la integración de todos los ingredientes lo cual favorece la calidad del

producto.

La segunda etapa es la homogeneización, la temperatura de la leche deberá aumentar

a 40°C para facilitar que los glóbulos de la grasa se pulvericen con la presión, al reducirse

el tamaño de los glóbulos la grasa se integra mejor y permanece unida durante los

proceso posteriores.

La tercera etapa crítica durante el proceso es la pasteurización, la leche ya homogénea

aumenta su temperatura hasta 85°C, es por esto que resulta muy importante medir y

controlar la temperatura para garantizar la esterilidad de la materia prima.

La cuarta etapa crítica corresponde a la incubación, la leche ahora debe tener una

temperatura de 45°C para proceder a adicionar las bacterias, esta etapa es crucial para

el proceso ya que las bacterias se desarrollan en condiciones muy particulares, el medir

y controlar la temperatura y el pH durante esta etapa favorece una conversión eficiente

de la materia prima lo que se traduce en una calidad óptima del producto final.



Diagrama 1 – Proceso de fabricación del yogurt4:

4 Elaboración artesanal de yogur: cuadernillo para unidades de producción: apoyo al trabajo popular. Zielinski, Ana. Mathon, Yamila coord.



I.2 Principales defectos en la fabricación industrial del yogurt

Uno de los objetivos principales de la fabricación industrial de yogurt es evitar los errores

que puedan conducir a la obtención de un producto con bajos estándares de calidad,

esto ya que el proceso contempla la incubación de bacterias vivas para la transformación

de la materia prima, al igual que los ingredientes, instrumentos, equipos y el personal

deben cumplir con altos estándares de higiene e inocuidad.

Dentro del proceso de fabricación hay parámetros y condiciones específicas que

favorecen la transformación de la materia prima, de no seguir las buenas prácticas de

manufactura para la elaboración de productos fermentados, como lo es el yogurt

nuestro producto terminado puede presentar deficiencias.

Dentro de las deficiencias más comunes en el proceso de fabricación de yogurt se puedeencontrar los siguientes ejemplos con su respectiva posible causa y solución:

Tabla No. I.2.- Principales defectos del yogurt, posibles causas y soluciones.

Defectos del Yogurt

Defecto Posible causa Solución

Baja Viscosidad

Escaso contenido de proteína en la leche.

Incrementar el porcentaje de proteína en la leche.

Insuficiente tratamiento térmico/homogeneización de la leche.

Ajustar las condiciones del proceso.

Agitación demasiado vigorosa

Ajustar el agitador

Tratamiento mecánico demasiado vigoroso en la línea de proceso.

Usar bombas mono/positivas, bombear lentamente, caída de presión en las tuberías reducida.

Agitación a una temperatura demasiado baja.

Aumentar la temperatura en la agitación a 20°C - 24°C

Destrucción del coágulo durante la acidificación

Ajustar las condiciones del proceso.

Acidificación insuficiente por escaso crecimiento de las bacterias.

Ajustar la T°C de incubación y/o revisar condiciones de leche.

Temperatura de incubación baja.

Ajustar temperatura de incubación a 45 °C

Cultivo Escoger cultivos más viscosos

Otras Añadir un estabilizante.




Aire en el coágulo

Condiciones de almacenamiento deficientes.

Comprobar la temperatura de las cámaras de refrigeración.

Incorporación de aire debido a la mala unión de las tuberías.

Examinar las juntas de las tuberías.

Agitación demasiado vigorosa

Ajustar el agitador

Contaminación por levaduras y/o coliformes

Determinar el origen de la contaminación.


Sinéresis

Muy bajo contenido de proteínas/extracto seco

Ajustar la composición

Muy bajo contenido de grasa

Incrementar el porcentaje de grasa o acidificar a pH 4.5 – 4.4

Insuficiente tratamiento térmico/ homogeneización de la leche.

Ajustar las condiciones del proceso

Incubación a temperatura demasiado alta

Regular la temperatura entre 42°C y 45°C

Destrucción del coágulo durante la acidificación

Ajustar las condiciones del proceso

Presencia de enzimas contaminantes

Eliminar la fuente de estas enzimas

Oxígeno en la leche Tratamiento al vacío de la leche

El pH es muy alto ( Menor de 4,6) en el momento de agitar / bombear

Asegurar una acidificación suficiente

Desequilibrio del balance salino de la leche

Adicionar C12 Ca.


Dulzor Alto nivel de edulcorantes

Reducir los edulcorantes




Textura Filante

Desequilibrio entre las cepas

Ajustar equilibrio

Cultivo filante

Reducir el contenido de proteína. Incrementar el "stress" mecánico ( bombeos, agitación). Incrementar la temperatura de incubación ( 45°C). Escoger un cultivo menos filante.


Aroma

Presencia de Streptococcus con actividad alcohol deshidrogenasa que transforma acetaldehido en etanol.

Cambiar de cultivo

Aroma insuficiente debido a un desequilibrio a favor de los Streptococcus

Ajustar el equilibrio


Sabores extraños

A malta o levadura Posible contaminación por levaduras

Graso Contenido en materia grasa demasiado elevado

Agrio Contaminación del cultivo por flora salvaje o coliformes

Oxidado

mala protección contra la luz si se emplean vasos de vidrio. Presencia de metales en la leche (hierro, cobre...)

Rancio Comprobar la calidad de la leche utilizada


Capa de nata Mala o ausencia de homogeneización

Ajustar o realizar homogeneización




Producto sobre la tapa Manejo inadecuado Cuidado con el manejo


Producto no homogéneo

Mala agitación ( en yogurt con frutas)

Agitación adecuada

Como se observa hay una gran cantidad de defectos asociados con el mal manejo de la

temperatura durante las etapas críticas, la optimización en la toma de lecturas y el

control dinámico durante la incubación son importantes para garantizar la calidad del

producto final5.

5 Material del Técnico en Lechería Gustavo Miranda - Uruguay



I.3 Buenas prácticas de manufactura para la elaboración de yogurt

Con la finalidad de brindar el mejor producto posible a los consumidores, el proceso de

fabricación de yogurt debe realizarse siguiendo las buenas prácticas de manufactura,

esto sumado a la calidad de las materias primas da como resultado un producto que

cumple con los estándares de los mercados actuales.

En la elaboración de productos lácteos fermentados se recomienda tener en cuenta las

siguientes consideraciones6:

No se permitirá la presencia de personas que no porten el uniforme completo

sean visitantes o trabajadores.

Las zonas de producción o proceso deberán estar limpias y desinfectadas

antes de comenzar el proceso, los servicios tales como agua y luz deben estar

funcionando y un checklist será la herramienta que controlará todos estos

puntos.

Las zonas de producción o elaboración de productos estarán libres de

materiales ajenos al proceso. No se permite el tránsito de materiales o

personas ajenas a las actividades que allí se realizan.

Durante la fabricación o mezclado de productos, no se permitirán actividades

de limpieza que generen polvo ni salpicaduras que puedan contaminar los

productos, de igual manera al terminar labores no es permitido dejar expuestas

en las salas de proceso y materias primas que puedan contaminarse.

Todas las materias primas en proceso que se encuentren en tambores, frascos,

barriles, cubetas, etc, deben estar tapadas y las bolsas deben tener cierre

sanitario, para evitar posible contaminación. Se recomienda no usar

recipientes de vidrio por el peligro de ruptura.

Todos los insumos en cualquier etapa del proceso deben estar identificados

en cuanto a su contenido.

Si durante el proceso es necesario reparar o lubricar un equipo, se deben

tomar las precauciones necesarias para no contaminar los productos y los

lubricantes usados deben ser inocuos. Llámese paradas de jornada o el tiempo

que requiera la reparación.

Se tomará especial precaución para evitar que vengan adheridos materiales

extraños (polvo, agua, grasas) en los empaques de los insumos que son

introducidos a las salas de proceso, los cuales pueden contaminar los

productos.

6 Manual de buenas prácticas de manufactura para elaboración de yogurt Karla Romina Lazarte Rojas 2015



Se recomienda no utilizar termómetros de vidrio a menos que tengan

protección metálica.

Los envases deben retirarse cada vez que se vacían y no está permitido

usarlos para actividades diferentes.

Todas las operaciones del proceso de producción, se realizarán a la mayor

brevedad reduciendo al máximo los tiempos de espera, y en unas condiciones

sanitarias que eliminen toda posibilidad de contaminación.

Deben seguirse rigurosamente los procedimientos de producción dados en los

estándares o manuales de operación, tales como orden de adición de

componentes, tiempos de mezclado, atemperamiento, agitación y otros

parámetros de proceso.

Todos los procesos de producción deben ser supervisados por personal

capacitado.

Los métodos de control y conservación, estarán enfocados a proteger contra

la contaminación o la aparición de riesgos para la salud de los consumidores.

Se recomienda que todos los equipos, estructuras y accesorios sean de fácil

limpieza, que eviten la acumulación de polvo y suciedad, la condensación, la

formación de mohos e incrustaciones y la contaminación por lubricantes y

piezas o fragmentos que se puedan desprender.

Para los procesos que demanden monitoreo o mediciones específicas, las

líneas, equipos y operarios estarán dotados con los instrumentos necesarios

para hacerlas: reloj, termómetro, higrómetro, salómetro, potenciómetro,

balanza, etc. No se permiten mediciones sensoriales o al tanteo.

Todas las acciones correctivas y de monitoreo deben ser registradas en los

formatos correspondientes.

Es necesario considerar los ejemplos arriba mencionados para que todo el personal que

participa durante el proceso de fabricación esté capacitado y cuente con los materiales

y condiciones óptimas para el mejor desempeño de sus labores.

Al seguir estas sugerencias es posible reducir al mínimo los defectos causados por la

contaminación cruzada, al mismo tiempo que permite el registro de acciones correctivas

y preventivas para poder ajustar los defectos encontrados respectivamente.



I.3.1 Prevención de la contaminación cruzada

Las área potenciales de contaminación cruzada deben permanecer alejadas de la planta

de fabricación por ellos se deberá implementar un plan de zonificación a la par una

evaluación de riesgo para determinar fuentes potenciales de contaminación y la

susceptibilidad del producto. Las medidas apropiadas de control para estas áreas son:

- La separación de productos terminados y materias primas.

- Barreras físicas, muros, edificios separados.

- Espacios para el cambio de ropa de los trabajadores.

- Se deben declarar los alérgenos presentes en el producto, ya sea por diseño

o por potencial contacto cruzado de manufacturación.

- La declaración deberá estar en la etiqueta para los consumidores del producto,

y en la etiqueta o la documentación que acompaña al producto destinado a

procesos adicionales.

- Los productos deberán estar protegidos de los aléjenos evitando la

contaminación cruzada, limpiando y cambio de líneas y/o la secuencia de

producto.

Con la finalidad de eliminar la totalidad de las bacterias patógenas es recomendable

seguir las siguientes medidas que pueden ayudar a obtener una leche de calidad y que

es adecuada para el proceso:

- Mínimo 72°C por 30 minutos

- Aplicar Temperaturas más elevadas (80-90°C x 20 a 15 minutos)

- Enfriar tan rápido como sea posible.

- Inmersión en agua fría en circulación (indirecto)



I.4 Características de la materia prima

La fabricación de yogurt es una de las industrias con mayor crecimiento, esto se debea la gran demanda los fabricantes han realizado un gran número de

combinaciones y fórmulas para satisfacer las necesidades y diversificar el producto

final logrando de esta manera destacar en la calidad del yogurt, sin embargo, el proceso

de fabricación recae casi siempre en una serie de ingredientes básicos o pilares para

lograr la base de yogurt y posteriormente combinarla con los ingredientes que darán el

paso final en la fabricación.

El primer ingrediente básico es la leche de vaca, la leche es un producto complejo que

contiene más de 100 sustancias, en su mayoría son proteínas, grasas, carbohidratos,

sales, enzimas, pigmentos y agua, todo esto está en solución, suspensión o en

emulsión. La leche posee un gran número de componentes y para ayudar a resumir su

contenido a continuación se presentan las sustancias más comunes:

Tabla I.4.1 – Principales componentes de la leche Componente

Porcentaje contenido en la leche de vaca

Proteínas1 3.3 %

Grasa 3.8 %

Lactosa 4.7 %

Sales minerales2 0.7 %

Agua 87 % 1Proteínas contenidas en la leche: caseína,

albúmina y globulina 2Las sales minerales contenidas en la leche son:

Ca, Na, K, Mg, Cl

La leche de vaca tiene las siguientes características:

- La actividad enzimática 7 depende de dos factores: la temperatura y el pH,

comúnmente el rango de pH va de 6.6 - 6.8, y está presente en todo el sistema de

diversas formas.

- La fosfatasa es un inhibidor a temperaturas de pasteurización e indica que se

realizó bien la pasteurización.

- La reductasa es producida por microorganismos ajenos a la leche y su presencia

indica que está contaminada.

- La xantoxidasa en combinación con nitrato de potasio (KNO3) inhibe el

crecimiento de bacterias butíricas.

7 Bushill, J. H. y Wright, W. B. 1964. «Some physical methods of assessing the effects of processing on the structure and properties of milk.» J. Soc. Dayry Technol., 17:3



- La lipasa oxida las grasas y da olor rancio a los productos y se inhibe con

pasteurización.

- La catalasa se incrementa con la mastitis y, si bien no deteriora el alimento, se

usa como indicador microbiológico.

Tabla I.4.2.- Composición química de la leche

I.4.1 Propiedades microbiológicas de la leche

La leche recién obtenida es un sustrato ideal para un gran número de géneros

bacterianos, algunos beneficiosos y otros perjudiciales, que provocan alteraciones

diversas del alimento y sus propiedades8:

Tabla I.4.3.- Propiedades microbiológicas de la lecha

Tipo de bacterias

Efectos sobre el alimento Condiciones necesarias para su

activación o desarrollo

Lácticas Son las bacterias que convierten mediante la fermentación la lactosa en ácido láctico. Pueden generar una alteración en la consistencia, como Lactobacillus bulgaricus, que puede hacer espesar la leche, paso principal para elaborar yogurt. Genera que el porcentaje de acidez suba y el pH baje a 4,5.

Se requiere de temperaturas ya sea ambientales o superiores. A temperaturas ambientales se genera un cultivo láctico y puede tardar hasta dos días, aplicando calentamiento el proceso se hace menos lento.

8 Varnam, A. H. y Sutherland, J. P. 1994. «Milk and Milk Products Technology.» Chemistry and Microbiology.

Composición media de la leche en gramos por litro

Agua

Extracto seco

Materia

grasa

Materias nitrogenadas Lactos

a Materias minerales

Totales

Caseína

Albúmina

Leche de vaca

900 130 35-40 30-35 27-30 3-4 45-50 8-10



Tipo de bacterias

Efectos sobre el alimento Condiciones necesarias para su

activación o desarrollo

Propiónicas Generan liberación de dióxido de carbono (CO2). Actúan sobre las trazas de ácido propiónico de la leche para generar ácido acético. Pueden generar un exceso burbujeante sobre la leche y dar un olor excesivamente ácido.

Requieren de temperaturas de 24 °C para comenzar a actuar.

Butíricas Generan coágulos grasos en la leche no acidificada. La alteración de la grasa puede generar un espesor muy poco deseado.

Requieren de poca acidez y de un pH superior a 6,8.

Patógenas Alteran todas las propiedades. La acidez disminuye, el pH comienza a hacerse básico, existe una separación irregular de las grasas y la caseína (se “corta”) y el olor se hace pútrido. Su presencia, como la de coliformes, puede indicar contaminación fecal. Producen liberación de CO2 y dióxido de nitrógeno(NO2). Generan burbujas grandes y pareciera efervescer.

Requieren de temperaturas de 37 °C y de acidez baja. Usualmente, la leche fuera de refrigeración experimenta estos cambios.

Psicrófilas Este tipo de bacterias aparecen después del esterilizado de la leche y resisten las bajas temperaturas pudiendo incluso manifestar crecimiento bacteriano entre 0 ° y 10 °Celsius. Aunque en el esterilizado se eliminan la mayor cantidad de este tipo de gérmenes, estos dejan una huella enzimática (proteasa) que resiste las altas temperaturas provocando en las leches un amargor característico cumplido el 50 % del tiempo de su caducidad. En la industria láctea, este tipo de bacterias (Familia pseudomonas) son responsables de conferir un sabor amargo a cremas y leches blancas.

Requieren un grado de acidez y valor de pH menor a 6.6. No son inhibidas por congelamiento y generan una persistente actividad enzimática.

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I.4.2 Especificaciones fisicoquímicas y microbiológicas del yogurt

El yogurt como producto terminado debe pasar por una serie de pruebas para garantizar

que cumple con lo establecido en la normativa nacional vigente y para que pueda ser

liberado para su venta al público.

La tabla siguiente muestra las especificaciones fisicoquímicas que el yogurt deberá

cumplir:

Tabla I.4.4.- Especificaciones fisicoquímicas del yogurt9

Especificación Contenido Método de Prueba

Proteína Láctea.

(% m/m)

Mínimo 2,9% 1,2

Determinación de Proteína por Micro-Kjedahl conforme a la NOM-155-SCFI-2003, numeral 8.5.

Grasa Butírica.

(% m/m)

Máximo 15,0%

Método de Caracterización de ácidos grasos conforme a la NMX-F-490-1999-NORMEX, Método para grasa butíricaconforme a la NOM-086-SSA1-1994 Apéndice normativo Cinciso 1,2 Hidrólisis alcalina

Acidez titulable expresada como porcentaje de Ácido Láctico (% m/m)

Mínimo 0,5% Método de prueba de bacterias que fermentan los productos,del numeral 8 de la NMX-703-COFOCALEC-2004 o NOM-185-SSA1-2002Apéndice normativo A inciso 1

Sólidos Lácteos no grasos

Mínimo 8,25%

Determinación de Sólidos no grasos conforme a la NOM-155-SCFI-2003, numeral 8.4

1 La relación de la caseína proteína láctea presente en el producto final debe ser al menos de 70% (m/m). 2 La proporción de proteína láctea respecto a los sólidos lácteos no grasos totales contenidos en el yogurt, no debe disminuir respecto de la proporción de proteína láctea presente originalmente en la leche

Para que el yogurt sea determinado como conforme y apto para su venta deberá tener

un contenido microbiológico mínimo de 107 UFC/g de la suma de Streptococcus

thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subespecie bulgaricus viables, conforme al

método de prueba de bacterias que fermentan los productos, del numeral 8 de la NMX-

703-COFOCALEC-2004.

En caso de contener cultivos alternativos adicionales, éstos deberán estar en valores de

106 UFC/g viables de cultivos lácticos, como mínimo. Los microorganismos deben

permanecer viables, activos y abundantes hasta la fecha de caducidad del producto.

Las especificaciones de la Tabla 1 deben cumplirse aunque el producto sea modificado

en su composición, conforme a los parámetros permitidos por la NOM-086-SSA1-1994.

9 NORMA Oficial Mexicana NOM-181-SCFI-2010, Yogurt-Denominación, especificaciones fisicoquímicas y microbiológicas, información comercial y métodos de prueba



I.4.3 Cultivos bacterianos

Las bacterias son el segundo ingrediente fundamental para la fabricación de yogurt ya

que son responsables de iniciar la producción de ácido láctico. En la industria existen

muchos tipos de bacterias que debido a sus características favorecen la producción del

tipo de yogurt deseado.

Las bacterias más usadas en la fabricación de yogurt son Streptococcus thermophilus y

Lactobacillus bulgaricus, estas bacterias son particularmente afines. En presencia de un

medio adecuado como lo es la leche10 y considerando las temperaturas óptimas11 de

crecimiento, de 37° - 42°C y de 42° - 45°C para S. thermophilus y L. bulgaricus

respectivamente, las bacterias S. thermophilus y L. bulgaricus se desarrollan en una

verdadera simbiosis.

En esta simbiosis es el S. thermophilus el que inicia la fermentación láctica y que se

desarrolla muy intensamente hasta un pH de 5,5. La acidez, el consumo de oxígeno y la

liberación de sustancias volátiles, por ejemplo ácido fórmico, que produce crea las

condiciones ideales para que se desarrolle L. bulgaricus.

Normalmente se utilizan en una relación cuantitativa de 1:1 a 1:3, aproximadamente. La

actividad proteolítica de los lactobacilos estimula, a su vez el crecimiento y la actividad

acidificante de los estreptococos.

Los lactobacilos desarrollan aparte una actividad lipolítica, por lo que se liberan ácidos

grasos y producen además acetaldehído, constituyéndose así en los principales

productores de aroma del yogurt. Observados bajo el microscopio se ve que S.

thermophilus crece formando pares o cadenas mediante células esféricas o elipsoides.

L. bulgaricus presenta forma de bastoncillo relativamente largo con tendencia a formar

cintas12.

Tomando en cuenta las propiedades simbióticas de las bacterias la temperatura a la que

se debe realizar la incubación en la leche oscilará en un rango de 40°- 45°C, esto con la

finalidad de proporcionar un ambiente adecuado para el crecimiento de ambas cepas.

Es por eso que el control de la temperatura es crucial para la calidad del producto final.

10 Bourgeois, 1995; Ramos, 2002; Beltran; García López; Valbuena, 2005 11 Preparación de cultivos iniciadores. Optimización del sustrato de crecimiento. Rivas, Franco P. - Garro, Oscar - Facultad de Agroindustrias, UNNE. - Comandante Fernández 755, Sáenz Peña 3700, Chaco, Argentina. 12 Cayré, 2000; Briceño, 2001; Holt, 2000



I.4.4 Mermeladas

La elaboración de las mermeladas es un proceso relativamente sencillo que se realiza

de manera simultánea a la fabricación de yogurt. Las mermeladas pueden incluir diversas

frutas y azúcar que mezclados a la temperatura correcta permiten obtener un producto

de calidad. Este proceso se realiza con especial atención a la posible

contaminación ya que el yogurt se encuentra en un sistema casi libre de contaminación

donde las bacterias que producen el yogurt son los únicos microorganismos presentes,

es vital mantener la inocuidad del proceso para obtener el mejor producto posible.

CAPÍTULO II

ESTUDIO DEL CASO



En este capítulo se detallan todos los aspectos técnicos requeridos para entender los

fundamentos de la automatización y control, junto con las bases de las etapas o procesos

que requieren ser automatizados.

Podremos conocer también los elementos que conforman a los sistemas de control de

temperatura y los principales equipos y sensores que conformaran el sistema de control.

Tomando en cuenta las bases descritas se propone una lógica de funcionamiento del

sistema que contempla la propuesta de diseño y que sirve como fundamento para la

creación del DTI.

II.1 Etapas críticas

La fabricación industrial de yogurt considera 3 etapas que engloban una serie de actividades necesarias para la producción de yogurt, es posible que un proceso industrial contemple actividades de acondicionamiento adicionales o procesos que den un terminado especifico al producto final, sin embargo para todos los distintos tipos de yogurt existen etapas que resultan de vital importancia, se debe a que la calidad final depende directamente de esta operación.

A continuación se describen las etapas críticas de la fabricación industrial del yogurt.

II.1.1. Estandarización

En la producción de yogurt se contemplan 4 actividades que son de suma importancia,

durante estas operaciones las condiciones de temperatura deben cuidarse ya que de

estos procesos depende la calidad del producto final.

La primera etapa con condiciones críticas es la estandarización de la leche. La

estandarización es un proceso mediante el cual las grasas de la leche, las proteínas y

la materia sólida se integran nuevamente al producto, esta actividad nos permite

también controlar la cantidad correcta de grasa que contendrá el yogurt. Este

proceso es requerido ya que la leche naturalmente tiende a separarse, para garantizar

la calidad del producto es requerida una materia prima homogénea.



La estandarización de la leche se realiza con equipos que separan en líneas la grasa y

la leche para posteriormente volverlos a mezclar, durante esta etapa la temperatura debe

permanecer en 35 °C para facilitar la mezcla de los componentes. Es por eso que la

automatización de la temperatura durante esta etapa puede ayudar a obtener un

producto de calidad y garantiza que la leche se encuentre en el mejor estado posible

para continuar con la fabricación.

Figura No. II.1.- Equipo de estandarización para productos lácteos

II.1.2. Homogeneización

Previamente a la homogeneización la leche estandarizada puede presentar una

separación de los elementos que la conforman, es muy importante que la leche

permanezca homogénea durante las siguientes etapas críticas. La leche se hace pasar

a una cierta presión a través de boquillas que pulverizan los glóbulos de la grasa lo cual

reduce el tamaño de los componentes disueltos y ayuda a que permanezcan unidos.

Figura No. II.2.- Homogeneizador de carga media



II.1.3. Pasteurización

La pasteurización es un proceso termoquímico que se realiza a la leche con la finalidad

de reducir o minimizar la cantidad de patógenos, también puede producir un cambio en

el estado de las enzimas encargadas del sabor de ciertos alimentos.

La temperatura durante esta etapa es muy importante ya que se debe establecer un

parámetro que garantice que la leche estará libre de microorganismos, se debe evitar

por completo que la leche alcance su punto de ebullición (100 °C) ya que esto produce

que la caseína se coagule, esto produce que la leche se separe o se corte.

En esta etapa la automatización nos permite fijar un parámetro óptimo que el sistema

leerá y comparará en tiempo real, para poder cortar de manera automática la

alimentación de vapor y poder prevenir así que la leche pierda sus propiedades

elementales garantizando una materia prima libre de microorganismos.

La temperatura y tiempo aplicados en la pasteurización garantizan la destrucción de los

agentes patógenos tales como Mycobacterium, tuberculosis, Brucellos, Solmonellas, etc.,

pero no destruye los microorganismos mastiticos tales como el Staphilococus aereus o

el Streptococuspyogenes, como así tampoco destruye algunos micro organismos

responsables de la acidez como los Lacotobacillus.

Existen 3 tipos de pasteurización que pueden ser aplicados a la industria alimenticia;

- Pasteurización lenta

- Pasteurización a alta temperatura por corto tiempo

- Ultra pasteurización.

Existen diversos tipos de pasteurizadores que por sus características pueden ayudar

reducir el tiempo en la línea de producción, esto depende básicamente de los

requerimientos del proceso ya sea en lotes o flujo continuo.



El tipo de pasteurización que mejor se acopla al proceso de fabricación es la realizada a

alta temperatura por un corto tiempo. La pasteurización asegura la calidad de la leche y

al realizarse por un periodo tan corto permite eficientar la producción.

Figura No. II.3.- Pasteurizador de leche.

II.1.4. Incubación

La incubación es la etapa principal del proceso de fabricación del yogurt, la materia prima es almacenada en contenedores que mantendrán una temperatura de 45 °C y que permitirán agregar los cultivos bacterianos, las bacterias producirán ácido láctico hasta que se alcance un nivel de pH entre 4.6 – 4.7. Posteriormente a la incorporación de todos los ingredientes se debe dejar reposar la leche, en un tiempo aproximado de 4 a 6 horas se lleva acabo la fermentación y la formación del coagulo.

La fabricación del yogurt está fundamentalmente basada en estas 4 etapas críticas, por esto resulta de vital importancia medir y controlar en tiempo real la temperatura, mediante la aplicación adecuada de las medidas de control se puede garantizar la calidad del producto final.

Las 4 etapas son controladas de manera automática con resultados medibles y trazables, el sistema de control automático podrá almacenar la información recabada de la instrumentación en las 4 etapas por cada lote de producción para poder construir una base de datos de una correcta operación o en su caso los errores cometidos por los operadores.

Al enfocarse en el control de estas 4 tapas criticas es posible adaptar un sistema

de control automático que se ajuste a las necesidades de cualquier tipo de yogurt,

capaz de ser escalable y funcionar de manera estable y organizada con la ayuda de un

operador.



II.2 Fundamentos sobre la automatización y el control

La automatización y control del proceso de fabricación debe ser adecuada para poder

adaptarla al modelo propuesto, a continuación se describen los fundamentos que se

deberán considerar para realizar la correcta instrumentación del proceso.

II.2.1 Control.

La ingeniería de control forma parte de la ingeniería automática. Su función es controlar los sistemas dinámicos por medio del principio de la realimentación, de esta forma se logra que las salidas de los mismos se acerquen lo más posible a un comportamiento determinado. Un computador realiza tareas y maneja datos en memoria teniendo a una secuencia de pasos lógicos para lo que es programado.

Programar computadoras es indispensable en cualquier área de la ingeniería, ya que

diferentes problemas que se puedan presentar, tardan tiempo en resolverse de manera

manual. Un sistema computarizado resuelve problemas de acuerdo a la

programación de manera rápida.

Automatización industrial:

Es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o

procesos industriales substituyendo a operadores humanos y maximiza la eficiencia

del proceso, corregir los problemas de forma eficiente.

El alcance va más allá de la simple mecanización de los procesos, ya que ésta provee

a operadores humanos, mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo,

la automatización reduce ampliamente los errores humanos.

La automatización como una disciplina de la ingeniería, abarca la instrumentación

industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y

supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones

de software en tiempo real, para supervisar y controlar las operaciones de

plantas o procesos industriales.



II.2.2 Automatización

La automatización1, está diseñada con el fin de usar la capacidad de las máquinas para

llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos y para

controlar la secuencia de las operaciones sin intervención del elemento humano lo que

crea un sistema automático.

Estos sistemas se aprovechan para utilizarlos no solo en la fabricación de elementos

productivos, sino también para controlar y programar equipos en diversos tipos de

industrias e incluso servicios. Estas están conformadas en forma independiente de

acuerdo a lo que se quiere automatizar o controlar.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

- Parte operativa

- Parte de mando

La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los

elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los

elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como

motores, cilindros, compresores, etc.

La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque

hasta hace poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos

lógicos neumáticos (tecnología cableada).

En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

Para entender el concepto de automatización, se puede representar esquemáticamente como:

CONTROL AUTOMÁTICO + PROGRAMACIÓN = AUTOMATIZACIÓN

El desarrollo de este esquema, se dice que gran parte de la automatización

depende de un programa para determinar el orden de los eventos así como para

instruir al sistema sobre cómo debe realizarse cada uno de los casos de la operación.

1 International Journal of Automation and Control. Prof. Ling Wang



¿A qué se debe el incremento en la demanda de sistemas automatizados?

- Aumento de productividad y creatividad en los empleados

- Incremento en los tiempos muertos

- Posibilidad de cobrar cuotas más altas por la calidad del producto

- Menor costo en operación de la maquinaria

La implementación de la automatización tiene como objetivo primordial el control total de

un sistema que permite el establecimiento de una comunicación transparente entre el

área, el proceso, la planta y la empresa.

Las tecnologías de redes y servicios web garantizan el intercambio y distribución

eficiente de la información entre sensores, instrumentos, dispositivos, controladores,

estaciones de trabajo del operario y otros sistemas de terceros. Proporciona acceso en

tiempo real a la información operativa y de producción, que permite a las organizaciones

mejorar su competitividad en los mercados globales, incrementar la eficacia operativa y

reducir el consumo de energía, Ofrecemos herramientas de ingeniería para un sistema

flexible, con el fin de apoyar sus esfuerzos para ser más eficientes.

Estas herramientas se centran en ayudar a acelerar la configuración de su sistema de

control, al reducir significativamente el tiempo de ingeniería y minimizar el riesgo del

proyecto.

La centralización de datos en los procesos automatizados, ya sea en procesos

comerciales o industriales, posibilita supervisar y controlar confortablemente desde una

PC, los estados de funcionamiento o alarmas de los sistemas que componen la

instalación, así como los principales parámetros de medida y permiten actuar des-

centralizadamente sobre los diferentes elementos de mando.

El sistema automatizado cuenta con las siguientes facilidades:

- Control absoluto del edificio en todos sus sistemas

- Control y optimización de Energía Eléctrica

- Sistema de alimentación sin interrupción

- Control de iluminación

- Sistema de protección contra incendios

- Sistema de control de aire acondicionado

- Sistema integrado de seguridad



Objetivos de la automatización:

- Mejorar la productividad de la empresa, reducción los costos de la producción y mejorando la calidad de la misma.

- Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.

- Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

- Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.

- Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

- Integrar la gestión y producción.

Campos de aplicación:

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy

extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este

campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus

posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en

donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su

aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a

transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de

almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o

alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en

procesos en que se producen necesidades tales como:

- Espacio reducido

- Procesos de producción periódicamente cambiantes

- Procesos secuenciales

- Maquinaria de procesos variables

- Instalaciones de procesos complejos y amplios

- Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso



Ejemplos de aplicaciones generales de la automatización:

- Maniobra de máquinas

- Maquinaria industrial de plástico

- Máquinas de transferencia

- Maquinaria de embalajes

- Maniobra de instalaciones

- Instalación de aire acondicionado, calefacción.

- Instalaciones de seguridad

- Señalización y control

- Chequeo de programas

- Señalización del estado de procesos

Niveles de automatización

El nivel de automatización de cualquier proceso está determinado siempre por 2 factores:

Económico y tecnológico.

De acuerdo a esto, podemos clasificar a los niveles de automatización básicamente

en tres:

- Nivel básico o elemental: Corresponde al instalado en una máquina sencilla o

parte de una máquina, programándole tareas de supervisión de tiempos muertos,

posicionamiento de piezas y funciones de seguridad.

- Nivel intermedio: Corresponde a la automatización de un conjunto de máquinas

elementales para una etapa determinada de un proceso, o bien de una máquina

compleja, en otras palabras, este tipo de automatización, también se le conoce

como automatización industrial.

- Nivel superior: Es el instalado, cuando se tiene o se desea la automatización de

un proceso al 100 %, incluye aspectos de servicio, gestión de mantenimiento,

entre otros.

Ventajas y desventajas:

Ventajas:

- Menor tiempo de elaboración de proyectos

- Posibilidad de añadir modificaciones con una inversión mucho menor a la inicial

- Menor costo de mano de obra Mantenimiento económico

- Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo sistema

- Menor tiempo de puesta en funcionamiento

Desventajas:

- Requiere capacitación

- Alto costo inicial



II.3 Elementos para un sistema de control

Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,

dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades

de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se usan sistemas de control

industrial en procesos de producción industriales para controlar equipos o máquinas. 2

Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas

de lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera

dependiendo de la entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida

depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación. Un

sistema de lazo c errado es llamado también

sistema de control con realimentación.

Sistema de control de lazo abierto.

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como

resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la

primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste

pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal

de entrada para el controlador.

Estos sistemas se caracterizan por:

- Ser sencillos y de fácil concepto

- Nada asegura su estabilidad ante una perturbación

- La salida no se compara con la entrada

- Ser afectado por las perturbaciones.

- Éstas pueden ser tangibles o intangibles

- La precisión depende de la previa calibración del sistema

Sistema de control de lazo cerrado.

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida.

Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para

ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible

cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:

- Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre

- Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones

- Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una

atención que el hombre puede perder fácilmente.

2 Taylor, S. T. (1971). "Fundamentals of HVAC control systems". Atlanta: American Society of Heating.



Características de un sistema de control de lazo cerrado:

- Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros

- La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema

- Su propiedad de retroalimentación

- Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas

El sistema de control que mejor se acopla al proceso de fabricación industrial del yogurt

es el sistema de control de lazo cerrado, debido a que la temperatura durante la

incubación debe ser constantemente medida y controlada y a que el sistema contempla

una acción de control que tiene como base la retroalimentación en tiempo real de la

lectura de la temperatura.



II.4 Elementos de un sistema de control para temperatura

En los sistemas industriales modernos, la temperatura es la medida física más común y

los controladores de temperatura son los controladores más comunes. Desde el control

diario de temperaturas de aire y del agua para procesos más complejos (refinerías,

procesamiento de alimentos etc.)3

II.4.1 Controladores de temperatura

Los controladores de temperatura son instrumentos que sirven para regular el estado

térmico dentro de algún proceso. Es decir este instrumento recibirá una señal de entrada

que proviene de un sensor o medidor de temperatura y emitirá una señal de salida hacia

un elemento de control tal como un componente de calentamiento.

El controlador es sólo una parte del sistema y durante el proceso es el instrumento que

recibe y envía las señales necesarias para controlar el proceso, por esto no interfiere de

manera directa.

Los controladores se pueden clasificar dependiendo de la complejidad de la señal o

señales que deben enviar a los elementos de control. El proceso y su control requieren

de parámetros de lectura y de respuesta establecidos para garantizar la producción, de

acuerdo con esto los controladores se dividen de la siguiente manera4:

- Controladores de Encendido y apagado

- Controladores proporcionales

- Controladores PID (Proporcional Integral Derivativo)

3 Simulador de Control de PID serie Platinum™. Omega Engineering Limited River Bend Technology Centre Northbank, Irlam, Manchester M44 5BD United Kingdom 4 Controladores de temperatura. Omega Engineering Limited River Bend Technology Centre Northbank, Irlam, Manchester M44 5BD United Kingdom



El proceso de control de temperatura se puede explicar brevemente en el siguiente

diagrama, considerando que este se repite un intervalo de veces determinadas para

garantizar condiciones controladas a lo largo de la fabricación:

El controlador recibe la señal y compara contra

los parámetros establecidos

El medidor de temperatura obtiene la lectura durante el

proceso

¿La temperatura está dentro de los parámetros?

El controlador mantiene los parámetros establecidos

No

Sí

¿La temperatura está por arriba de la media

establecida?

El controlador envía la señal al actuador

para reducir la temperatura de alimentación.

Sí

¿La temperatura está por debajo de la media

establecida?

El controlador envía la señal al actuador para incrementar la

temperatura de alimentación.

Sí

No

No

Diagrama II.4.1.- Diagrama del proceso de control de la temperatura.

Controladores de Encendido y apagado

Este tipo de controladores son los más simples, ya que el tipo de salida de estos

dispositivos no cuenta con un punto medio, y simplemente trabajan, o no. Los

controladores de encendido y apagado empiezan a trabajar en el momento en que la

temperatura necesaria atraviesa o sobrepasa el punto de ajuste indicado, por lo que el

mecanismo de control térmico funciona a base de calor, y éste se enciende y empieza a

funcionar cuando la temperatura se encuentra debajo del punto adecuado y a su vez,

deja de trabajar y se apaga cuando el calor ha sobrepasado el punto de ajuste.



En estos dispositivos ocurre un ciclo de oscilación constante de la temperatura, por lo

que el controlador se enciende y se apaga continuamente para mantenerse en el punto

de ajuste, y en algunos casos este cambio constante puede ser demasiado rápido y

podría dañar a las válvulas y a los contactos del sistema de control, para que esto no

suceda, a la programación del controlador se le añade un pequeño diferencial , también

conocido como “histéresis”, que ajusta la activación del sensor a un rango más flexible

para el punto de ajuste.

De esta manera, con el diferencial se requiere una ligeramente mayor temperatura para

desactivar el sistema, y de la misma manera permite que disminuya un poco más el calor

antes de volver a activar al controlador.

Este tipo de controladores térmicos pueden ser utilizados cuando la precisión en el

proceso no es necesaria o tan básica y se puede permitir una pequeña variación en la

temperatura, o cuando el sistema no puede llegar a soportar cambios tan frecuentes de

encendido y apagado del controlador, así como para procesos donde la masa de todo el

sistema sea muy grande y cambie de temperatura muy lento.

La secuencia de comandos de lectura y acción en este tipo de controladores tiene una

actividad parecida a una serie de altas y bajas en una gráfica, pudiendo ejemplificar su

comportamiento de la siguiente manera, considerando que cada flecha corresponde a

una acción ya sea de encendido y apagado:

Diagrama II.4.2.- Diagrama del comportamiento de un sistema de encendido y apagado.

Tiempo total del proceso

Diferencial de lectura



Controladores proporcionales

Este tipo de controladores está diseñado para que se logre eliminar el ciclo de control

que se tiene con los de encendido y apagado. Los controladores proporcionales

funcionan con un regulador que disminuye la potencia suministrada en el calentador o

enfriador a la par con la que la temperatura buscada se va aproximando al punto de

ajuste, con lo que se evita que se sobrepase de calor, o le haga falta, manteniendo una

temperatura estable todo el tiempo.

Esta dosificación de calor se puede llevar a cabo gracias a la manipulación del sistema

de encendido y apagado en determinados intervalos de tiempo.

Controladores PID (Proporcional Integral Derivativo)

Este tipo de controlador de temperatura combina a los dos sistemas mencionados

anteriormente, con lo que se logra compensar los cambios de temperatura mediante un

control integral, proporcional y derivativo, es decir, que se puede ajustar cada variable

de manera individual y por lo tanto la inspección es mucho más precisa.

Este tipo de controladores de temperatura son utilizados en sistemas que trabajan con

masas pequeñas, y que por ende son más susceptibles a los cambios de temperatura,

por muy ligeros que sean.



II.4.2 Medidores de temperatura

La actividad de medir la temperatura consiste en cuantificar el calor de una sustancia

homogénea, y por lo tanto es una unidad de medida para la energía cinética media de

sus moléculas. Para que dos objetos adapten la misma temperatura se requiere un

contacto térmico al objeto.

Los métodos más habituales de los medidores de temperatura están basados en

variaciones de las propiedades de una sustancia inducidas por las variaciones de

temperatura.5

Medidor de temperatura bimetálico

Una tira compuesta por dos chapas de metal de diferentes coeficientes de dilatación

(“bimetal”), laminadas entre sí en forma inseparable, se deforma a consecuencia de un

cambio de temperatura. La curvatura resultante es casi proporcional al cambio de

temperatura. A partir de las tiras bimetálicas se desarrollaron dos diferentes formas de

sistemas de medición:

- Muelle helicoidal

- Muelle espiral

Mediante deformación mecánica de las tiras bimetálicas en las formas de muelle

mencionadas con anterioridad, frente a un cambio de temperatura se produce un

movimiento de rotación. Si un extremo del sistema de banda bimetálica está sujetado en

forma firme, el otro extremo hace girar el árbol portaíndice. Los rangos de visualización

van de -70 °C a +600 °C con precisiones de clase 1 y 2 según EN 13190.

Medidor de temperatura de dilatación de líquido

El registro de los valores de medición se realiza mediante el sistema de medición relleno

con líquido, que se compone de sensor de temperatura, línea capilar y tubo Bourdon.

Los tres sistemas forman un sistema de tubería cerrado. La presión interior de un medidor

de temperatura con en este sistema varía la temperatura contactada provocando un giro

del eje de la aguja unido al resorte para indicar la temperatura en la escala. La línea

capilar, con longitudes entre 500 y 10.000 mm, permite mediciones también en puntos

de medición remotos. Los rangos de visualización varían entre -40 a +400 °C con

exactitudes de clase 1 y 2 según EN 13190.

5 Introducción al registro de datos de temperatura. Omega Engineering Limited River Bend Technology Centre Northbank, Irlam, Manchester M44 5BD United Kingdom



Medidores de temperatura de dilatación de gas con o sin capilar

El sistema de medición de este tipo de medidor de temperatura está compuesto de bulbo,

capilar y tubo elástico en la caja. Estos componentes forman una unidad. El sistema de

medida completo está rellenado a presión con gas inerte. Si cambia la temperatura,

cambia también la presión interior del bulbo. La presión deforma el muelle de medición,

cuyo movimiento se transmite al indicador a través de un mecanismo de indicación.

Las variaciones de la temperatura ambiente son despreciables porque hay un elemento

bimetálico entre el mecanismo de indicación y el muelle que sirve de compensador. El

rango de visualización va de -200 a +700 °C con precisión de clase 1 según EN 13190.

Para aplicaciones de control desde un puesto de mando se aplican sondas de

temperatura conectadas a controladores de temperatura para configurar los parámetros

de control.

Medidores eléctricos de temperatura

Existen dos sistemas de medición de temperatura eléctrica. El sistema más utilizado son

las termorresistencias que son dotados con un materal semiconductor cuya resistencia

varia proporcionalmente con el valor de la temperatura. El valor de la resistencia se

transmite a un indicador que convierte el valor de la resistencia en el valor de la

temperatura actual correspondiente. La versión más habitual es RTD (Resistance

Temperature Detector) PT100 con una resistencia de 100 ohmios a 0 ° C y 138,4 ohmios

a 100 ° C.

Para aplicaciones especiales se aplican también sensores PT1000 con una resistencia

de 1000 ohmios a 0 ° C. El otro sistema se aplica en los termopares (también termocupla)

que consiste en dos hilos de distintos metales unidos en un extremo. La variación de

temperatura produce una diferencia de potencial, proporcional a la diferencia de

temperatura entre los dos extremos. El extremo del punto de medición de la temperatura

es la unión caliente (o punto caliente) y el otro es el punto de referencia. Los termopares

son adecuados para temperaturas muy elevadas superiores de 600 ºC.

El tipo de medidor que mejor resultado tiene para la medición de la temperatura en el

proceso industrial de fabricación de yogurt es el bimetálico debido a que es sencillo de

instalar y es posible conectarlo a la instrumentación eléctrica de temperatura de un

sistema de control, además de ofrecer resultados confiables y muy precisos tiene la

ventaja de ser económico de acuerdo con los parámetros de operación requeridos.



II.5 Descripción general del suministro de materia prima.

La fabricación de yogurt puede variar de acuerdo al tipo de producto o a los ingredientes

que lo componen, para la instrumentación y control de las etapas criticas es importante

considerar que a pesar de que los ingredientes puedan cambiar estos deben prepararse

o adaptarse para obtener la mejor calidad en el producto final.

A continuación se resumen los principales ingredientes de manera enunciativa pero no

limitativa junto con las características que deberán cumplir y que serán los parámetros

óptimos para la automatización del sistema de control.

Tabla II.5.1.- Características de los ingredientes para la fabricación de yogurt.

Componente Estado Concentración Temperatura óptima para el

proceso

Leche de vaca Líquido

Porcentaje de grasa: 2%

Porcentaje de solidos: 7%

pH: 6.6 - 6.8

Estandarización: 35 °C

Homogeneización: 40 °C

Pasteurización: 72 °C

Incubación: 45 °C

Mermelada de fruta Líquido 1 porción por cada 3

de yogurt base Temperatura ambiente

Azúcar Sólido >10% de la mezcla

total Se agrega el azúcar a temperatura ambiente

Cultivos lácticos (Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus)

Sólido liofilizado

2-3% Se agregan a los 45 °C



II.6 Equipos y sensores

A continuación se describen de acuerdo con la propuesta de diseño los equipos y

sensores requeridos para la automatización y control del proceso de fabricación de

yogurt, considerando una propuesta para el material de fabricación y tomando en cuenta

las características necesarias para el tipo de proceso.

Tabla II.6.1.- Descripción de equipos y sensores para la fabricación de yogurt.

Proceso Equipo Material Características

Recepción de la leche

Tanque de almacenamiento.

Tanque: Acero inoxidable. AISI 304

- Almacenamiento seguro e inocuo.

- La limpieza es sencilla y garantizada debido a los materiales de construcción.


Estandarizador.

Componentes y marco exterior: Acero inoxidable

- Es posible establecer parámetros para el contenido de sólidos y grasas.




Homogeneización Homogeneizador. Bomba de alta presión: Acero inoxidable

Válvulas y tuberías: Acero inoxidable.

- Brinda untamañoadecuado de lagrasa para asegurar la reintegración con el agua.

Pasteurización Pasteurizador Válvulas y tuberías: Acero inoxidable. AISI 316

Panel de control: Acero inoxidable.

Controlador de proceso: Acero inoxidable

- Corto tiempo deproceso.

- Garantiza lainocuidad de laleche.

Incubación Tanque con agitación / Incubador Tanque: Acero inoxidable. AISI 304

Válvulas y tuberías: Acero inoxidable. AISI 316

- Almacenamientoseguro e inocuo.

- La limpieza essencilla ygarantizadadebido a losmateriales deconstrucción.

- Se pueden agregaragitadores o medidores de temperatura.




Batido e incorporación de la mermelada

Mezclador de corte alto. Todas las partes en contacto con el producto son de acero inoxidable AISI 316L.

El cuerpo y partes complementarias son de acero inoxidable AISI 304

- Es posibleajustar la alturadel estator paragarantizar uncorte alto.

- El estatortambién permiteagitación sincorte.

Acondicionamiento Tanque de almacenamiento y distribución. Tanque: Acero inoxidable. AISI 304

Válvulas y tuberías: Acero inoxidable. AISI 316

- Almacenamientoseguro e inocuo.

- La limpieza essencilla ygarantizadadebido a los materiales de construcción.

- Permite la distribución del yogurt para ser envasado.

Actuador Accionador de temperatura variable. Válvulas y tuberías: Acero inoxidable. AISI 316

- Puede controlarla temperaturadel producto yaseacalentamiento orefrigeración.

- Puede acoplarsea los tanques dealmacenamientoo agitación paracontrolar latemperatura.



Función Equipo Material Características

Medición de temperatura

Termopares. Cubierta protectora: Acero inoxidable.

- La sonda puede registrar la temperatura de manera contante.

- Capacidad demonitorear un ampliorango detemperaturas.

- Fácil instalación ymanteniento.

Transferir materia prima durante el proceso

Bomba centrifuga. Cuerpo interior y cubierta: Acero inoxidable AISI 316

- El material de construcción garantiza la esterilidad de la materia prima



Tabla III.2.6.- Propuesta Económica de Equipos

Proceso Equipo Costo

Recepción de la leche

Tanque de almacenamiento.

Con base en las características el costo en promedio sería de: $250,000 MX $12,500 USD


Estandarizador.





Homogeneización Homogeneizador.


Pasteurización Pasteurizador


Incubación Tanque con agitación / Incubador





Batido e incorporación de la mermelada

Mezclador de corte alto. Con base en las características el costo en promedio sería de: $60,000 MX $3,000 USD

Acondicionamiento Tanque de almacenamiento y distribución. Con base en las características el costo en promedio sería de: $350,000 MX $17,500 USD

Actuador Accionador de temperatura variable. Con base en las características el costo en promedio sería de: $40,000 MX $2,000 USD

En conjunto para control de temperatura fría y caliente: $65,000 MX $3,250 USD



Función Equipo Costo

Medición de temperatura

Termopares.

Con base en las características el costo en promedio sería de: $3,000 MX $150 USD

Medidor de pH


Transferir materia prima durante el proceso

Bomba centrifuga.




Función Equipo Costo

Controlador eléctrico

Con base en las características del sistema de control en promedio sería de: $500,000 MX $25,000 USD



Recopilador de datos

Con base en las características del sistema de control en promedio sería de: $60,000 MX $3,000 USD

Computadora Con base en las características del sistema de control en promedio sería de: $8,000 MX $400 USD

Pantalla Con base en las características del sistema de control en promedio sería de: $15,000 MX $750 USD



Propuesta Económica

De acuerdo con las características del diseño de automatización y control se plantea que la planta piloto tenga un costo aproximado de:

Costo total en Pesos mexicanos

$2,500,000 MX

Costo total en Dólares americanos

$125,000 USD



II.7 Lógica de funcionamiento del sistema.

La mejora al proceso de fabricación contempla la instrumentación y control de las etapas

criticas mediante un sistema automático que proporciona a los operadores la capacidad

de medir y corregir en tiempo real los parámetros óptimos, para lograr la calidad

requerida en el producto final. Se presentan los requerimientos para programar las

secuencias de control, la programación de alarmas y programación de paro. La lógica de

programación en conjunto con el DTI propuesto conforman la base para la propuesta de

mejora para la fabricación de yogurt a escala industrial.

El sistema que se propone es del tipo eléctrico, mencionado anteriormente, y tiene como

objetivo mantener, monitorear y controlar los parámetros durante las etapas críticas. El

sistema está compuesto por sensores, medidores de temperatura, medidores de pH,

controladores y actuadores que están conectados con un elemento de control final, lo

que permite que el sistema sea operado y monitoreado de forma automática. El sistema

es del tipo de control digital directo que emplea señales digitales y analógicas para la

optimización y control del proceso.

Las condiciones óptimas para que el producto tenga la calidad esperada deben ser

programadas en el sistema de control automático, el sistema mantendrá las condiciones

requeridas durante la incubación y también realizará la lectura y registro de temperaturas

y pH durante el proceso. Durante la operación estos parámetros podrán ser visualizados

desde la computadora central y las pantallas de control.

II.7.1 Condiciones para el arranque del sistema

EL sistema contempla el empleo de controladores y accionadores acoplados a los

equipos donde se realizaran las etapas criticas del proceso, existen una serie de

revisiones que se deben contemplar antes de proceder a encender el sistema.

Es necesario considerar las siguientes instrucciones para garantizar un óptimo

funcionamiento del sistema de control:

• Se deben inspeccionar todos los equipos, aparatos y sensores antes de encender

el sistema.

• El proceso se realizará por lotes y durante la fabricación se tendrá un flujo continuo

por lo que es necesario abrir y cerrar todas las válvulas conforme a lo requerido

para avanzar por los equipos.

• Se deben purgar los equipos que reciban vapor de calentamiento y/o agua de

enfriamiento.

• Verificar que las bombas centrifugas operan apropiadamente desde el tablero de

control.

• Se deberá verificar el glosario de líneas de proceso para los parámetros óptimos

de funcionamiento en las etapas criticas



El sistema de control inicia cuando desde la computadora se arranca la primera bomba

centrifuga que lleva la leche al proceso de estandarización, a continuación el sistema

seguirá los siguientes pasos para operar y controlar de manera automática el proceso

completo de fabricación:

Sistema de control

- El operador enciende la bomba centrifuga B-1

//La bomba centrifuga B-1 lleva el contenido de tanque T-1 al estandarizador E-1

- El termopar T1 realiza la lectura de la temperatura inicial de la leche.

- La señal de la lectura de la temperatura T1 se transmite al controlador CO-1.

- El controlador CO-1 envía a la computadora COP1 la señal COMP1 mostrando la

temperatura actual de la leche en el estandarizador.

- El controlador CO-1 envía el valor registrado por el termopar T1 a la pantalla de

proceso PD-1. El controlador estará actualizando en tiempo real la información

mostrada en la pantalla.

- Desde la computadora el operador programa la temperatura que requiere el

estandarizador para poder acondicionar la leche.

- El operador envía la señal al controlador CO-1 para abrir la válvula de vapor.

- El controlador CO-1 envía al actuador A-1 la señal para abrir la válvula de vapor

- El sistema continuamente estará comparando la lectura del termopar T1 con el

parámetro establecido por el operador hasta alcanzar la condición deseada.

- Cuando la leche en el estandarizador alcanza la temperatura ingresada en el

sistema por el operador el controlador envía la señal al actuador A-1 para cerrar

la válvula de vapor.

- El sistema emite una alarma notificando a la computadora COP1 y a la pantalla PD-

1 que se ha alcanzado la temperatura programada.

- El operador enciende el estandarizador.


1 que se ha concluido la estandarización.

- Una vez que termina la estandarización el operador acciona la bomba centrifuga

B-2

//La bomba centrifuga B-2 lleva la leche estandarizada al homogeneizador H-1

- El operador enciende el homogeneizador.

- El sistema emite una alarma notificando a la computadora COP1 que se ha

concluido la homogeneización.

- El operador enciende la bomba centrifuga B-3

//La bomba centrifuga B-3 lleva la leche homogénea al pasteurizador P-1

- El termopar T2 realiza la lectura de la temperatura en el pasteurizador P-1



temperatura actual de la leche en el estandarizador.






- Desde la computadora COP1 el operador programa la temperatura que requiere

alcanzar el pasteurizador.

- El operador envía la señal al controlador CO-2 para abrir la válvula de vapor.

- El controlador CO-2 envía al actuador A-2 la señal para abrir la válvula de vapor

- El sistema continuamente estará comparando la lectura del termopar T2 con el

parámetro establecido por el operador hasta alcanzar la condición deseada.



- Cuando la leche en el pasteurizador alcanza la temperatura ingresada en el

sistema por el operador el controlador envía la señal al actuador A-2 para cerrar

la válvula de vapor.


2 que se ha concluido la pasteurización.

- El operador enciende la bomba centrifuga B-4.

//La bomba centrifuga B-4 lleva la leche pasteurizada al incubador In-1.

- El termopar T3 realiza la lectura de la temperatura en el incubador In-1.



temperatura actual de la leche en el incubador.




- El sensor de pH realiza una lectura en tiempo real de la leche en el incubador

- El sensor de pH envía en tiempo real al controlador CO-3 y a la computadora COP1

el valor medido durante la incubación.

- El controlador CO-3 envía el valor registrado por el sensor de pH a la pantalla de



- El operador establece en el sistema la temperatura que debe alcanzar la leche

para proceder con la incubación.

- Desde la computadora COP1 el operador envía la señal al controlador CO-3 para

abrir la alimentación de agua de enfriamiento.

- El Controlador C0-3 envía la señal al actuador A-3 para abrir la válvula de

alimentación de agua de enfriamiento.



- Cuando la leche en el incubador alcanza la temperatura ingresada en el sistema

por el operador el controlador envía la señal al actuador A-3 para cerrar la válvula

agua de enfriamiento.



- El sistema emite una alarma notificando al operador en la computadora COP1 y a

la pantalla PD-3 para adicionar los cultivos lácticos.

- El operador enciende el incubador y el sistema entra en modo automático.

- El sistema es cargado con los parámetros óptimos para obtener la mejor

conversión posible y en el menor tiempo. Los parámetros óptimos se pueden

consultar en el glosario de líneas de proceso.

- El sistema recibe en tiempo real las lecturas del termopar T3 y del sensor de pH.

Con estos datos el controlador compara activamente los valores leídos contra los

parámetros establecidos.

- El sistema es capaz de determinar los cambios de temperatura y ph durante la

incubación.

- Cuando el sistema detecta que las condiciones de temperatura varían manda una

señal al controlador CO-3 para abrir la válvula de alimentación de vapor.


3 que la temperatura está siendo regulada..

- El sistema guardará la información recolectada por el controlador CO-3.

- El controlador CO-3 envía la señal al actuador A-3 para abrir la válvula de

alimentación de vapor.

//Este proceso de lectura, comparación y comunicación entre el Controlador CO-

3 y el actuador A-3 se repite constantemente hasta alcanzar los valores

predeterminados de pH.

- El controlador CO-3 envía la señal al actuador A-3 para abrir la válvula de

alimentación de vapor.

- Cuando el sistema detecta que el ph en el incubador ha alcanzado los parámetros

establecidos manda una señal notificando a la computadora COP1 y a la pantalla

PD-3 que la incubación a concluido.

- El sistema detiene el incubador.


//La bomba centrifuga B-5 lleva el yogurt base la mezcladora M-1.

- El sistema manda una señal notificando a la computadora COP1 y a la pantalla PD-

3 que el tanque de T-3 debe ser calibrado para adicionar la mermelada a la

mezclador M-1-

- El operador programa las condiciones de mezclado en el sistema de acuerdo a

las características del producto deseado.

- El operador enciende el mezclador M-1.

- El sistema detiene la mezcladora cuando ha alcanzado el tiempo predeterminado.

- El sistema manda una señal notificando a la computadora COP1 notificando que se

ha concluido el mezclado.


//La bomba centrifuga B-6 lleva el yogurt terminado al tanque de almacenamiento

T-4.

- El sistema concluye la operación.



Lectura de la

temperatura

del proceso

Lectura de la

temperatura

del proceso

Lectura de la

temperatura

del proceso

Lectura del

pH durante

el proceso

Computadora

central:

Recibe los datos de

las lecturas de

temperatura y pH

3ª Etapa Crítica:

Incubación

Controlador de temperatura:

Compara los datos recibidos

y emite una señal al

actuador

2ª Etapa Crítica:

Pasteurización

1ª Etapa Crítica:

Estandarización de la

leche

A continuación se muestra el proceso de automatización y control en las etapas críticas

del proceso de fabricación.

Esta información está directamente relacionada con el DTI propuesto en el siguiente

capítulo y es posible verificar la secuencia siguiendo el diagrama.

Actuador 1:

Regula la temperatura

con los parámetros

establecidos

Actuador 2:


con los parámetros establecidos

Actuador 3:


con los parámetros establecidos

Diagrama II.4.2.- Diagrama del comportamiento de un sistema de encendido y apagado.

CAPÍTULO III

PROPUESTA DE DISEÑO



III.1 Diagrama de Tuberías e Instrumentación

Considerando la información revisada previamente a este capítulo, a continuación se

presenta la propuesta de modelo o planta piloto junto con el DTI de instrumentación y

control necesarios para la automatización del modelo propuesto.

La presente propuesta es un modelo desarrollado con base en los estándares de calidad

necesarios para la producción a nivel nacional, y cumple con los criterios requeridos para

que el producto final en conjunto con las materias primas anteriormente descritas puedan

ostentar la denominación de yogurt.

El modelo que se describe a continuación puede adaptarse a cualquier escala de

producción, así como la instrumentación y el control.



Diagrama de Ingeniería Básica.

Proceso de fabricación industrial de yogurt – Planta Piloto Pedro Sánchez Avelar



Diagrama de Tuberías e Instrumentación.

Proceso de fabricación industrial de yogurt – Planta Piloto Pedro Sánchez Avelar



III.2 Glosario y descripción de líneas de proceso.

A continuación se enlistan las descripciones para cada tipo de línea en el DTI.

Tabla III.2.1.- Líneas de alimentación en el DTI.

Nombre de la línea

Descripción. Parámetro o valor

A1 Alimentación inicial de leche Temperatura: 35°C

A2 Alimentación de grasa o agua Para estandarizar la leche es posible adicionar agua o grasa en la siguientes proporciones:

• Porcentaje de grasa: 2%• Porcentaje de solidos: 7%

A3 Alimentación de mermelada Se agrega a la base de yogurt la cantidad desea de mermelada.

Cu1 Alimentación de cultivos lácticos

2-3% de cultivo formado por partes iguales de Lactobacillusbulgaricus y Streptococcus thermophilus

Ac Agua de alimentación a la caldera

Se conforma del agua recabada de los procesos que requieren calentamiento y se recomienda realizar un tratamiento previo antes de entrar a la caldera para reducir las posibles incrustaciones.



Tabla III.2.2.- Líneas de producto en el DTI.

Nombre de la línea


L1 Leche entera La leche debe ser analizada antes de proceder a estandarizar

M1 Toma de muestra Se toma una muestra de la leche para realizar los controles requeridos

L2 Leche estandarizada Porcentaje de grasa: 2% Porcentaje de solidos: 7% Temperatura a la salida del estandarizador: 35 °C Temperatura a la salida del homogeneizador: 40 °C

N1 Nata o grasa La nata estandarizada se almacena para otros procesos

L3 Leche pasteurizada Temperatura de salida: 72 °C Tiempo de residencia: 15 segundos

L4 Yogurt base Temperatura de salida: 20 °C L5 Yogurt terminado Se agrega la mermelada 1 a 3 de yogurt base

L6 Yogurt para envasar Se debe conservar el producto final en refrigeración hasta el momento de su comercialización



Tabla III.2.3.- Servicios auxiliares.

Nombre de la línea


V0 Salida de vapor inicial Vapor de caldera

V1 Alimentación de vapor al actuador 1

V2 Alimentación de vapor ajustado al estandarizador

Alimentación regulada por el actuador Vapor necesario para precalentar la leche a 40°C

C1 Salida del condenzado del estandarizador


V4 Alimentación de vapor ajustado al pasteurizador

Alimentación regulada por el actuador Vapor necesario para calentar la leche a 72°C

C2 Salida del condenzado del pasteurizador


V6 Alimentación de vapor ajustado a la incubadora

Vapor necesario para mantener la leche a 45°C Alimentación regulada por el actuador

AF1 Alimentación de agua de enfriamiento

Alimentación regulada por el actuador

C3 Salida del condensado del tanque de incubación



Tabla III.2.4.- Instrumentación y control.

Nombre de la línea / Equipo

Descripción. Parámetro, valor o acción

T1

Termopar 1 Termopar montado al estandarizado

Rango de lectura: 5°C a 70°C

T1 Línea eléctrica Comunica el valor medido en el termopar 1 al controlador 1

COMP1 Línea eléctrica Señal de comunicación de dos vías con la consola central Permite mostrar en la computadora el valor medido de la temperatura. Transmite de la computadora al contralor la señal para cerrar o abrir la alimentación de vapor ajustado.

AJV1 Línea eléctrica Comunica al actuador 1 la señal para mantener la alimentación de vapor en 40°C

PC1 Línea eléctrica Señal de comunicación a la pantalla 1 Muestra el valor de la temperatura medido por el termopar 1

Termopar 2 T2

Termopar montado al pasteurizador






Termopar 3 T3

Termopar montado al tanque de incubación










AJA1 Línea eléctrica Comunica al actuador 3 para abrir o cerrar la alimentación de agua de enfriamiento



Medidor de pH

pH

Medidor de pH montado al tanque de incubación

Rango de lectura de pH: 8-3

PH1 Línea eléctrica Comunica el valor medido en el sensor de pH al controlador

C-1C-2C-3

Controlador Recibe las señales de los termopares. Envía una señal al actuador para regular la entrada de vapor Envía una señal al actuador 3 para activar la entrada del agua de enfriamiento

R Recopilador de datos Recibe las señales de los 3 controladores y se comunica con la computadora para poder enviar y recibir datos de control.

MC1 Línea eléctrica Comunicación entre el recopilador y los controladores con la computadora

COP1 Computadora Computadora o consola central que recibe las señales de los

controladores y es capaz de controlar los parámetros del proceso.

PD-1 PD-2 PD-3

Pantalla Muestra el valor de la temperatura medida por cada termopar



Tabla III.2.5.- Equipos.

Código Equipo Material

E-1 Estandarizador Componentes y marco exterior: Acero inoxidable

H-1 Homogeneizador Bomba de alta presión: Acero inoxidable Válvulas y tuberías: Acero inoxidable.

C-1 Caldera Acero

P-1 Pasteurizador Válvulas y tuberías:

Acero inoxidable. AISI 316 Panel de control: Acero inoxidable. Controlador de proceso: Acero inoxidable

In-1 Tanque con agitación / Incubador Tanque: Acero inoxidable. AISI 304 Válvulas y tuberías: Acero inoxidable. AISI 316

M-1 Mezclador de corte alto. Todas las partes en contacto con el producto son de acero inoxidable AISI 316L. El cuerpo y partes complementarias son de acero inoxidable AISI 304

T-1T-2T-3T-4T-5TN

Tanque de almacenamiento y distribución. Tanque: Acero inoxidable. AISI 304 Válvulas y tuberías: Acero inoxidable. AISI 316

A-1A-2

Accionador de temperatura variable. Válvulas y tuberías: Acero inoxidable.

A-3 Accionador de temperatura variable y de alimentación de agua de enfriamiento

Válvulas y tuberías: Acero inoxidable.

CO-1, CO-2, CO-3

Controlador eléctrico -

COP1 Computadora -

B-1 a B-6 Bomba centrifuga Acero inoxidable



Conclusiones Generales

La presente investigación proporciona una propuesta que con base en el fundamento teórico es aceptable para incrementar la calidad del yogurt, ayudando a disminuir los errores más comunes durante la fabricación, considerando la propuesta de diseño que incorpora un sistema automatizado para el control de la temperatura en las etapas críticas propuestas de la fabricación del yougurt.

Se logra plantear una propuesta de ingeniería básica para la automatización e instrumentación de los equipos recomendados para la estandarización del proceso de fabricación del yogurt. Se propone una serie de equipos y de sensores que son capaces de trabajar en conjunto y se describe de manera detallada el mecanismo de acción del sistema de control.

Considerando la presente propuesta se puede concluir que al eficientar los parámetros de medición y de control en un proceso estándar de fabricación de yogurt es posible incrementar la calidad y la cantidad de producto terminado logrando una propuesta que integra un enfoque de control y de seguridad a los usuarios y a los fabricantes en general.



Consideraciones

La investigación realizada nos proporciona información suficiente para sustentar el diseño de ingeniería propuesto y nos da las bases para poder conocer a detalle la instrumentación y el control que deben ser agregados al proceso, la suma del diseño o propuesta del modelo de fabricación con la instrumentación da como resultado un sistema de control automático, que considera una programación básica de los parámetros establecidos para el producto terminado y que facilita al operador el proceso de fabricación.

El sistema de control que se propone garantiza una comunicación directa y en tiempo real de los medidores de temperatura y de pH en el proceso hacia los controladores, actuadores y a la computadora para automatizar la producción de manera total, dejando espacios para poder adaptar, el modelo a una fabricación de mayor escala o una fabricación determinada.

El sistema es detallado de manera que el DTI propuesto proporciona la información básica de equipos y sensores requeridos por el proceso de fabricación, así mismo se incluyen en el diagrama las especificaciones de las líneas de proceso, de servicio y eléctricas para que el sistema logre funcionar. Se plantea una propuesta que detalla los pasos requeridos por el sistema de control para garantizar que se establezcan los parámetros óptimos de operación, considerando alertas y notificaciones que ayudan a los usuarios a garantizar una producción eficiente.



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- Zielinski, Ana. Mathon, Yamila coord. “Elaboración artesanal de yogur: cuadernillo

para unidades de producción: apoyo al trabajo popular”. Inst. Nacional de

Tecnología Industrial – INTI. Argentina. 2013.

ANEXOS



Anexo A

Instrumentos mecánicos de

medida de temperatura

Instrumentos mecánicos de medida de temperatura

Hoja técnica WIKA IN 00.07

La temperatura cuantifica el calor de una sustancia homogénea, y por lo tanto es una unidad de medida para la energía

cinética media de sus moléculas. Para que dos objetos adapten la misma temperatura se requiere un estrecho contacto

térmico (nivelación de temperatura). El objeto a medir debe vincularse al máximo con el sistema de sensor de temperatura.

Los métodos más habituales de medida de temperatura están basados en variaciones de las propiedades de la sustancia u

objetos merced a cambios de temperatura. Fabricamos medidores de temperatura conforme a los siguientes principios de

medición:

Termómetro bimetálico

Principio de funcionamiento

Una tira compuesta por dos chapas de metal de diferentes

coeficientes de dilatación ("bimetal"), laminadas entre sí en

forma inseparable, se deforma a consecuencia de un cambio

de temperatura. La curvatura resultante es casi proporcional

al cambio de temperatura. A partir de las tiras bimetálicas

se desarrollaron dos diferentes formas de sistemas de

medición:

■ Muelle helicoidal

■ Muelle espiral

Los tres sistemas componen un sistema de tubería cerrado.

La presión interior en este sistema se modifica conforme

la temperatura contactada. Merced a ello, el eje de la

aguja unido al resorte experimenta un giro, indicando la

temperatura en la escala. La línea capilar, con longitudes

entre 500 y 10.000 mm, permite mediciones también en

puntos de medición remotos.

Los rangos de visualización van de -40 a +400 °C con

precisiones de clase 1 y 2 según EN 13190.

Termómetros de dilatación de gas con o sin capilar


El sistema de medición está compuesto de bulbo, capilar

y tubo elástico en la caja. Estos componentes forman una

unidad. El sistema de medida completo está rellenado a

presión con gas inerte. Si cambia la temperatura, cambia

también la presión interior del bulbo. La presión deforma

el muelle de medición, cuyo movimiento se transmite al

indicador a través de un mecanismo de indicación.

Mediante deformación mecánica de las tiras bimetálicas en

las formas de muelle mencionadas con anterioridad, frente

a un cambio de temperatura se produce un movimiento de

rotación.

Si un extremo del sistema de banda bimetálica está sujetado

en forma firme, el otro extremo hace girar el árbol portaíndice.

Los rangos de visualización van de -70 °C a +600 °C con

precisiones de clase 1 y 2 según EN 13190.

Termómetro de tensión


El registro de los valores de medición se realiza mediante el

sistema de medición relleno con líquido, que se compone

de sensor de temperatura, línea capilar y tubo Bourdon.

Las variaciones de la temperatura ambiente son despreciables

porque hay un elemento bimetálico entre el mecanismo de

indicación y el muelle que sirve de compensador.

El rango de visualización va de -200 a +700 °C con precisión

de clase 1 según EN 13190.

Hoja técnica WIKA IN 00.07 ∙ 04/2011 Página 1 de 2

Información técnica

de 2 Hoja técnica WIKA IN 00.07 ∙ 04/2011

Conversiones de temperatura

Se busca

Temperatura en

Dados

K °C °F °R °Ré

K x K= °C + 273,15 K= 5/9 (°F + 459,67) K= 5/9 °R K= 5/4 °Ré + 273,15

°C °C= K - 273,15 x °C= 5/9 (°F - 32) °C= 5/9 °R - 273,15 °C= 5/4 °Ré

°F °F= 9/5 K - 459,67 °F= 9/5 °C + 32 x °F= °R - 459,67 °F= 9/4 °Ré + 32

°R °R= 9/5 K °R= 9/5 °C + 491,68 °R= °F + 459,67 x °R= 9/4 °Ré + 491,68

°Ré °Ré= 4/5 K - 218,52 °Ré= 4/5 °C °Ré= 4/9 (°F - 32) °Ré= 4/9 °R - 218,52 x

Límites de error en °C Según DIN EN 13190 para termómetro de aguja

Termómetro de muelle y bimetálico

Puntos fundamentales de las escalas termodinámicas

© 2011 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, todos los derechos reservados.

Los datos técnicos descritos en este documento corresponden al estado actual de la técnica en el momento de la publicación.

Nos reservamos el derecho de modificar los datos técnicos y materiales.

Instrumentos WIKA, S.A. C/Josep Carner, 11-17 08205 Sabadell (Barcelona)/España Tel. (+34) 933 938 630 Fax (+34) 933 938 666 E-mail [email protected] www.wika.es

Nombre Símbolo Temperatura en el

punto cero punto triple del

absoluto agua

Kelvin K 0 273.16

Grados Celsius °C -273,15 0,01

Grados Fahren-

heit

°F -459,67 32,01

Grados Rankine °R 0 491,68

Grad Réaumur °Ré -218,52 0

Rango de indi-

cación en °C

Rango de

medida en

°C

Límites de error en ± °C

Clase 1 Clase 2

-20 ... +40 -10 ... +30 1 2

-20 ... +60 -10 ... +50 1 2

-20 ... +120 -10 ... +110 2 4

-30 ... +30 -20 ... +20 1 2

-30 ... +50 -20 ... +40 1 2

-30 ... +70 -20 ... +60 1 2

-40 ... +40 -30 ... +30 1 2

-40 ... +60 -30 ... +50 1 2

-100 ... +60 -80 ... +40 2 4

0 ... 60 10 ... 50 1 2

0 ... 80 10 ... 70 1 2

0 ... 100 10 ... 90 1 2

0 ... 120 10 ... 110 2 4

0 ... 160 20 ... 140 2 4

0 ... 200 20 ... 180 2 4

0 ... 250 30 ... 220 2.5 5

0 ... 300 30 ... 270 5 10

0 ... 400 50 ... 350 5 10

0 ... 500 50 ... 450 5 10

0 ... 600 100 ... 500 10 15

0 ... 700 100 ... 600 10 15

50 ... 650 150 ... 550 10 15

100 ... 700 200 ... 600 10 15

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/20

11

E b

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01

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mailto:[email protected]


http://www.wika.es/

http://www.wika.es/


Anexo B

Simulador de Control de PID

serie Platinum

Pedro Sánchez Avelar 67

Simulador de Control de PID serie Platinum™ Page 1 of 2

https://mx.omega.com/technical-learning/simulador-control-pid-serie-platinum.html 7/8/2019

Software Software

Artículos Técnicos

Simulador de Control de PID serie Platinum™

En los sistemas industriales modernos, la temperatura es la medida física más común y

los controladores de temperatura son los controladores más comunes. Desde el control

diario de temperaturas de aire y del agua para procesos más complejos (refinerías,

procesamiento de alimentos etc.), el mundo como sabemos es altamente dependiente de

controladores de temperatura. Por lo tanto, muchas universidades y laboratorios

requieren un moderno sistema para enseñar a los estudiantes cómo configurar un

controlador de temperatura y probar con él.

3 Principales retos con controladores de temperatura para la demostración:

• Falta de capacidad de secuencia de control múltiple

• Dificultad para instalar y configurar el producto

• No compatible con LabVIEW® o DASYLab®

Nuestros productos y soluciones

Producto

La unidad de demostración y formación PLATINUM ofrece un simulador de control de PID que es un sistema de control de

temperatura completamente integrado. Es adecuado para uso como una plataforma para los estudiantes técnicos a aprender

los fundamentos del circuito cerrado (PID) y simple control de temperatura encendido/apagado en aplicaciones de calefacción y

refrigeración.

El demostrador de CNPT OMEGA® consiste en lo siguiente: Un controlador (OMEGA tipo CN8DPT-144-C24-EIP-DC o similar)

con un termopar tipo K montado en un sistema de calefacción/refrigeración termoeléctrico que consiste en una unidad Peltier y

resistor de energía y electrónica de control asociada.

Es fácil de instalar la conectividad para comunicación a través de Ethernet, USB o serial tradicional, que está integrado en la

unidad. Consulte el manual para más detalles y características según sea necesario.

Soluciones

Un avanzado Programa de Gestión de Registros y Archivos (RAMP) de múltiples etapa y secuenciador de estabilización soporta hasta 99 perfiles de 8

secuencias de RAMPA Ascendente/Descendente de segmento. Los perfiles pueden vincularse para proporcionar secuencias extendidas y las salidas auxiliares

pueden ser accionadas basados en estados de RAMP o Estabilización Individual para proporcionar control externo de sopladores, mezcladores u otras

funciones de control auxiliar.

Instalador para descargar gratis Software de aplicación Windows® (Configurador de PLATINUM y controlador USB) le permite:

• Instalar completamente todas las funciones/parámetros de PLATINUM;

• Conexión automática a través de un canal de USB;

• Cargar/guardar archivos de Instalación PLATINUM

• Seguimiento de desempeño/Cuadro gráfico con captura de datos

El driver PLATINUM LabVIEW es el controlador de dispositivo de Instrumento Nacional para comunicarse con los controladores

PLATINUM DE OMEGA vía protocolos Modbus® RTU/ASCII y Modbus TCP. El controlador permite fácil acceso a los datos

internos, ajustes instalación y funciones de operación de la familia de productos PLATINUM.

Soporte para el software de fácil uso DASYLab resuelve problemas complejos de control y adquisición de datos por lo que le

permite trabajar con diagramas de flujo directamente en una pantalla de un PC. La alta exactitud de entrada, control de

Simulador de Control de PID serie PLATINUM™

Simulador de Control de PID serie Platinum™ Page 2 of 2

https://mx.omega.com/technical-learning/simulador-control-pid-serie-platinum.html 7/8/2019

proceso avanzado extendida capacidad de secuenciación y opciones flexibles de salida de un controlador PLATINUM pueden

integrarse fácilmente con el rico conjunto de módulos de función proporcionada por el software DASYLab.

Manual e información de instrucciones relacionadas

Página del producto CNPT-DEMO

Revise la hoja de información básica y manual asociado con el Demostrador.

Descargue e instale el software necesario, que incluye el Configurador OMEGA® Platinum y los drivers de USB para Windows® 7 y 8 para su sistema

informático.

Siga los pasos descritos en el manual para habilitar la comunicación con la unidad USB..

Declaración de privacidad OMEGA | Términos y Condiciones | Política de Control de Exportaciones | Métodos de Pago

© Copyright 2003-2019 OMEGA Engineering inc.

OMEGA Engineering | Ave. Arquitecto Pedro Ramirez Vazquez #200 - 13, Colonia Valle Oriente, 66269, San Pedro Garza García, Nuevo León, México | 01800-953-00-93

Software


Anexo C

Ficha Técnica “Tetra Pak® High

Shear Mixer”


Tetra Pak® High Shear Mixer Batch units B200-800 and B300-2000

Highlights

• No-shear and high-shear in the same

mixer as an option

• Gentle blending of particles

• Handles high and low viscosity products

• Low raw material losses

• Low maintenance

Application The batch unit enables high-shear mixing of high viscosity products, dissolving powder ingredients, such as pec- tin, gums and sweeteners, and mixing concentrates, such as sweetened condensed milk.

The efficient mixing system produces homogeneous, lumpfree products, ready for further processing.

Working principle The main component is a mixing tank with a bottom- mounted batch turbo unit. The turbo unit is based on a rotor/ stator principle which ensures optimal processing.

A preset amount of cold or pre-heated liquid is fed into the mixing tank. Powders and dry ingredients are added manually through the manhole. Liquid additives can be emptied out of barrels using a drum-emptying pump, while small containers are emptied and rinsed in the concentrate charging station.

The raw materials are mixed into a homogenous product. When the desired composition is obtained, the product is discharged to a buffer tank can be prepared in the mixer.

Continuous processing can be achieved using two or more buffer tanks, arranged for alternative filling and emptying. If high capacity drum-emptying is used, the concentrate is emptied directly to the buffer tank.

Recirculation mixing is also possible by choosing the op- tional level control. In this case, the product is pumped from the batch tank to the mixer tank and then back to the batch tank, keeping a constant level in the mixer.

Basic unit Main components

• Mixing vessel

• High-shear turbo unit with water-flushed seal

• Sack table

• Set of valves

• CIP

Materials

All parts in contact with the product are made from stain- less steel AISI 316L. Other parts are made from AISI 304.

Technical data Processing parametres B200-800 B300-2000

Capacity, l/h 800-3 200 2 000-8 000

Number batches, h 1-4 1-4

Dry matter, % ≤ 80 ≤ 80

Viscosity, cP ≤ 2 500 ≤ 2 500

Mixing temperature ≤ 90 ºC ≤ 90 ºC

Oil addition rate, kg/min ≤ 60 ≤ 120

Powder*, kg/min ≤ 125 ≤ 175

Electricity 380-480 V, 50/60 Hz, kW 30/33.5 55/62

Seal water, l/h 10 10

Instrument air, NI/h 100 100

Dimensions

Lenght, mm 2 250 2 800

Width, mm 1 800 2 300

Height, mm 2 600 2 900

* All product capacities depend on viscosity and circulation flow. The amountof powder added depends on the type and quality of the powder. Milkpowder, flavour, sugar, emulsifiers and stablisers.

We reserve the rights to introduce design modifications without prior notice. Tetra Pak, and PROTECTS WHAT’S GOOD are trademarks belonging to the Tetra Pak Group.

www.tetrapak.com

Options • Dynamic stator for gentle blending of particles

• Propeller for the turbo unit

• Water heating system

• Flow meter on inlet

• Inlet pump

• Outlet pump

• Outlet pump for viscous products

• Relay control panel

• Non-standard power supply, e.g. 3x200 V, 3x575 V

• Speed control of mixing unit

• Suction lance

Tetra Pak® High Shear Mixer

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Inte

rna

tio

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01

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, GB

http://www.tetrapak.com/



Anexo D

Ficha Técnica “Tetra Pak®

Mixing unit/Dynamic stator

suitable for Tetra Pak® High

Shear Mixers”


Propeller

Rotor

Stator

Tetra Pak®

Mixing unit/Dynamic stator suitable for Tetra Pak® High Shear Mixers

The stator in lowered position. High shear mixing.

High Shear Mixing Unit

The high shear mixing unit can process up to 25.000

litres per batch - or typically 10.000 to 70.000 litres per

hour when used in recirculation.

As a result, liquid/liquid, liquid/powder or liquid/solid

ingredients can be mixed, dispersed, homogenised and

emulsified within minutes or seconds, depending on the

formulation.

Application

The Tetra Pak® Mixing unit is applicable within the cat- egories: Prepared food, beverage, ice cream, dairy and cheese.

The patended Dynamic stator system allows the same machine to be used for high/low shear mixing and blending by raising/lowering the stator.

The stator in upper position. Low shear mixing.

Powders and liquids can be mixed in seconds using high shear; the mixture can then be powerfully circulated using no shear. This innovation further enhances the superior all-in-one process system.

Dynamic stator

The unique dynamic stator system in the Mixing unit can be pneumatically lowered to allow high shear mixing. When raised, the stator enables blending without shear for the addition of particles. Also, easy foaming powders can be added even under vacuum with minimum raising of foam. The functions of the all-in-one process can be operated manually or managed by PLC control systems with multi-recipe functionallity and reporting. All Tetra Pak® mixing systems are designed and built to the highest sanitary standards.

1 2

Working principle

• The product is drawn into the stator by powerful cent- rifugal forces.

• The speed across the tank wall generated by the mixing wheel gives optimum heat transfer when using thejacket or heating, especially when the stator is lifteddue to higher flow.

• High shear mode: The stator is lowered and all productflow is forced through the stator holes to break downparticles and provide a homogenous mix/product.The shear level is determined by the hole size in thestator. The speed of the mixing wheel is regulated byan inverter drive.

• Low shear/blending mode: The stator is raised andthe product flow is fast but gentle. This mode allowsthe addition of particulates/solids to be blended intothe product homogenously (with little or no damage)or chopped using one of our special knife attach- ments.

We reserve the rights to introduce design modifications without prior notice. Tetra Pak, and PROTECTS WHAT’S GOOD are trademarks belonging to the Tetra Pak Group.

www.tetrapak.com

Low Shear mode High Shear mode

4 3

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, GB




Anexo E

Preparación de cultivos

iniciadores. Optimización del

sustrato de crecimiento.


Resumen: E-060

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E L N O R D E S T E C o m u n i c a c i o n e s C i e n t í f i c a s y T e c n o l ó g i c a s 2 0 0 6

Rivas, Franco P. - Garro, Oscar

Facultad de Agroindustrias, UNNE.

Comandante Fernández 755, Sáenz Peña 3700, Chaco, Argentina.

[email protected]

Antecedentes

La principal característica de las bacterias lácticas del yogurt Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus y

a la cual deben su gran importancia en la industria alimenticia es la acidificación que producen en el medio debido a la

producción de ácido láctico (Becker ,1999; Tamime, 1991); propiedad que fue usada en este trabajo para seguir su

crecimiento.

En la bibliografía y páginas de Internet consultadas el medio de crecimiento mas comúnmente usado es la leche

(Bourgeois, 1995; Ramos, 2002; Beltran; García López; Valbuena, 2005). Las temperaturas óptimas de crecimiento son de 37º-42ºC y de 42º-45ºC para S. thermophilus y L. bulgaricus

respectivamente.

Las bacterias S. thermophilus y L. bulgaricus se desarrollan en una verdadera simbiosis. En esta simbiosis es el S.

thermophilus el que inicia la fermentación láctica y que se desarrolla muy intensamente hasta un pH de 5,5. La acidez,

el consumo de oxigeno y la liberación de sustancias volátiles, por ejemplo ácido fórmico, que produce crea las

condiciones ideales para que se desarrolle L. bulgaricus. Normalmente se utilizan en una relación cuantitativa de 1:1 a

1:3, aproximadamente.

La actividad proteolítica de los lactobacilos estimula, a su vez el crecimiento y la actividad acidificante de los

estreptococos. Los lactobacilos desarrollan aparte una actividad lipolítica, por lo que se liberan ácidos grasos y

producen además acetaldehído, constituyéndose así en los principales productores de aroma del yogurt.

Observados bajo el microscopio se ve que S. thermophilus crece formando pares o cadenas mediante células esféricas

o elipsoides. L. bulgaricus presenta forma de bastoncillo relativamente largo con tendencia a formar cintas (Cayré,

2000; Briceño, 2001; Holt, 2000).

A partir de estos datos se procedió al reconocimiento, aislamiento e investigación sobre medios de cultivos óptimos

para el desarrollo de dichas bacterias.

Materiales y Métodos

Aislamiento de las bacterias del yogurt: se procedió según el método de diluciones sucesivas en agua peptonada y

siembra en medio agarizado de LAPTg y MRS en placa, se utilizó yogures comerciales de varias marcas hasta lograr el

aislamiento de ambas bacterias. Al medio de cultivo se adicionó sorbato de potasio (0.02%) para evitar el crecimiento

de hongos.

Selección de colonias: se seleccionó según la forma de la colonia en placa. S. thermophilus forma colonias típicas

circulares o lenticulares, compactas y con bordes uniformes (1 a 3 mm. de diámetro) y L. bulgaricus forma colonias de

aspecto rugoso con bordes irregulares. Esto no fue comprobado en la práctica en su totalidad debido a las formas de las

colonias y sobre todo al tamaño muy reducido (un mm. aproximadamente), lo cual dificultó su extracción, por lo cual se

precedió a su elección al azar eligiendo las colonias de mayor tamaño.

Se realizó el pasaje individual a nuevas placas y luego a LAPTg y MRS caldos.

Comprobación de la presencia de S. thermophilus y L. bulgaricus: se realizó la tinción de gram, prueba de la catalasa

y observación de la morfología en microscopio.

Comparación de las medios de cultivos: a efectos de determinar que medio es más óptimo para el crecimiento de

dichas bacterias procedimos a la construcción de curvas de crecimiento con sus correspondientes duplicados, cada

bacteria sola y combinadas para comprobar así también la simbiosis, para lo cual se extraían muestras cada dos horas a

las cuales se les realizaron las pruebas:

◼ Acidez: mediante una titulación con NaOH 0,1N con fenoftaleina como indicador. El volumen gastado en

ml (V) se reemplaza en la fórmula para pasar a grados Dornic (ºD) y dividiendo por 100 obtenemos el

porcentaje de ácido láctico formado durante la fermentación:

% Ác.Láctico = 9 V

100

Preparación de cultivos iniciadores. Optimización del sustrato de crecimiento.





Resumen: E-060


48:00:00 36:00:00 24:00:00

Tiempo (h)

12:00:00

pH en Leche

%Ác. Láctico en Leche

pH en LAPTg

%Ác. Láctico en LAPTg

7

6

5

4

3

2

1

0

0:00:00

Crecimiento de Bacilos

◼ pH: con peachímetro digital.

◼ Densidad óptica: en el caso de que la transparencia del medio lo permita con el espectrofotómetro a 560

nm.

Los resultados fueron colocados en las tablas y representados gráficamente.

Dicho procedimiento fue repetido con leche y con LAPTg como medios de cultivo.

Medios de cultivo (Cayre, 2004):

LAPTg: composición en g/litro: extracto de levadura, 10g; peptona, 15g; triptona, 10g; glucosa, 10g; tween 80, 1ml;

agar, 12g; agua destilada, 1 litro. pH final 6,8. Disolver completamente y esterilizar en autoclave a 121ºC durante 15

minutos.

MRS: composición en g/litro: polipeptona, 10g; extracto de carne, 10g; extracto de levadura, 5g; glucosa, 20g; tween

80, 1.08ml; fosfato de potasio, 2g; acetato de sodio, 5g; citrato de amonio, 2g; sulfato de magnesio, 0.2g; sulfato de

manganeso, 0.05g. El pH del medio a una temperatura de 25ºC es de 6.4 0.2

Leche: se utilizó leche comercial larga vida. Para la preparación de los inóculos, se dosificó en los tubos y esterilizó

en autoclave a 121ºC durante 15 minutos.

Discusión de los resultados

Cuando se realizó el aislamiento de las bacterias S. thermophilus y L. bulgaricus se encontró que no se encontraban

ambas en todos los yogures, o lo hacían en muy bajas concentraciones, y dependía de la marca. Se logró aislar ambos

microorganismos de uno de ellos. Se recurrió al medio MRS para favorecer el crecimiento de los bacilos frente al de

los cocos, facilitando la distinción y aislamiento de cada especie.

Las bacterias aisladas resultaron gram positivas y en la prueba de catalasa, todas catalasa negativas.

Cuando las colonias se cultivaron en los tubos de ensayo se observó que los cocos sedimentaban en forma compacta,

mientras que los bacilos lo hacían en forma esponjosa y en mayor cantidad.

En los ensayos realizados se observó mayor crecimiento en las muestras que contenían ambas bacterias y en segundo

lugar el desarrollo varia de acuerdo al medio de cultivo utilizado.

Las mediciones de densidad óptica no pudieron realizarse en la leche; y en el medio LAPTg luego de 12 h de cultivo

se detuvo el crecimiento de las bacterias, pero si continua la acidificación del medio con la generación de ácido láctico.

También fue analizado el efecto de la temperatura en el crecimiento bacteriano realizándose ensayos a las

temperaturas de 37ºC y luego a 40ºC. A la temperatura de 37ºC el pH del medio bajo a 4.4 en un período de 49 horas,

mientras que a 40ºC se llegó al mismo pH en sólo 14 horas, usando LAPTg como medio de cultivo.

Se puede observar en las gráficas que no se presenta la fase lag o de retraso, esto se debió a que el inóculo crecía ya

bajo las mismas condiciones y el mismo medio en el que se realizó el ensayo, el crecimiento continúa a la misma

velocidad. Sin embargo, si el inóculo se toma de un cultivo viejo se presenta una fase lag,

La fase de crecimiento exponencial se dio en horas de la noche, momentos en los que las mediciones no fueron

tomadas, a esto se debe la forma tomada por el recorrido de la curva en las horas comprendidas entre 0 y 12

aproximadamente.

Luego de las 12 horas observamos la fase estacionaria en la cual el crecimiento exponencial se detiene, por la

presencia del ácido láctico que es una sustancia tóxica para los microorganismos. La producción de ácido continúa hasta

las 20 horas de cultivo, a partir de allí se observó una disminución de la viabilidad de las células. El % de ácido láctico

continuó aumentando hasta las 48 horas pero en muy baja proporción.

Fig 1: Curvas de Crecimiento correspondientes a cada bacteria en los diferentes medios de cultivo a 40ºC:

Resumen: E-060


48:00:00 36:00:00 24:00:00

Tiempo (h)

12:00:00

7

6

5

4

3

2

1

0

0:00:00

Crecimiento de Cocos

pH en Leche


pH en LAPTg


Conclusiones

A través de las sucesivas mediciones se iba confirmando el hecho de un elevado crecimiento relativo del ensayo que

contiene ambas bacterias respecto a los que contenían una sola especie, comprobándose así la simbiosis que se produce

entre el Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus; y dependiendo del medio, las bacterias por separado

lograban un desarrollo más rápido, en leche la mayor y más rápida acidificación la produjeron los cocos, mientras que

en el medio LAPTg los bacilos se desarrollaron más rápido.

El descenso de pH no se correlaciona linealmente con el ácido producido esto es debido a la capacidad buffer de los

medios de cultivo por lo que es importante seguir los dos parámetros durante el desarrollo del ensayo.

Se confirmó también que el medio leche fue el mejor debido a varias cualidades como ser su accesibilidad, economía,

ser práctico, ser el medio natural de crecimiento y tener todos los nutrientes que las bacterias necesitan para su

desarrollo, esto se observa claramente en los gráficos . Así también ha de destacarse las cualidades del medio LAPTg,

como ser la fácil manipulación debido al no solidificarse al momento de la acidificación, mayor visibilidad de los

procesos de crecimiento, como así también permite realizar mediciones de la densidad óptica del cultivo.

La temperatura fue también una variable muy importante, debido que un pequeño aumento en la temperatura desde

37ºC a 40ºC produjo una gran reducción en el tiempo de crecimiento,

Bibliografía:

Jeffrey M. Becker, Guy A. Caldwell y Eve Ann Zachgo. (1999) Biotecnología: Curso de prácticas de laboratorio.

Editorial Acribia, S.A. Zaragoza (España).

C.M. Bourgeois y J.P. Larpent. (1995). MICROBIOLOGIA ALIMENTARIA. VOLUMEN 2: FERMENTACIONES

ALIMENTARIAS. Acribia.

Ana Graciela Briceño, Raúl Martínez y Karely García (2001) Tecnología de Alimentos. Viabilidad y Actividad de la

Flora Lactica (Streptococcus salivarius ssp thermophilus y Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus) del yogurt en

Venezuela. Acta Científica Venezolana, 52:46–54

48:00:00 36:00:00 24:00:00

Tiempo (h)

12:00:00

7

6

5

4

3

2

1

0

0:00:00

Crecimiento de Cocos+Bacilos

pH en Leche


pH en LAPTg


Resumen: E-060

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E L N O R D E S T E

C o m u n i c a c i o n e s C i e n t í f i c a s y T e c n o l ó g i c a s 2 0 0 6

María E Cayré,.Graciela Vignolo,. Oscar Garro. (2004).- Modelo dinámico para el crecimiento de bacterias lácticas

sobre emulsiones cárnicas. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE. Comunicaciones Científicas y

Tecnológicas

María Dolores García López y Federico Uruburu Fernández. LA CONSERVACIÓN DE CEPAS

MICROBIANAS.Colección Española de Cultivos Tipo (CECT). Universitat de València. 46100 Burjassot (Valencia).

John G. Holt, Noel R. Krieg, Peter M. A. Sneath, James T. Staley, Stanley T. Williams. (2000) Bergey`s Manual of

DETERMINATIVE BACTERIOLOGY Ninth Edition. Lippincott WILLIAMS & WILKINS. Philadelphia.

Y. Tamime y R. K. Robinson. (1991) YOGUR- Ciencia y Tecnología. Editorial Acribia, S.A. Zaragoza,

Emiro Valbuena, José Barreiro, Egar Sanchez, (2005) Modelos cinéticos aplicados al crecimiento de lactococcus lactis

subsp. lactis en leche. rc, dic. 2005, vol.15, no.5, p.464-475.ISSN0798-2259.Revista Científica

Maria E Cayré, Oscar A Garro. (2000). Guía de Trabajos Prácticos de Laboratorio de la cátedra Microbiología de los

Alimentos. Facultad de Agroindustrias. UNNE.

Roberto Ramos, (2002). http://www.geocities.com/roberto_raul/crecimiento.html

Daniel Beltran. http://www.freewebs.com/biotecvida9/lactica.htm

http://www.geocities.com/roberto_raul/crecimiento.html

http://www.geocities.com/roberto_raul/crecimiento.html

http://www.freewebs.com/biotecvida9/lactica.htm

http://www.freewebs.com/biotecvida9/lactica.htm

propuesta de mejora del sistema de monitoreo y control de

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