VARIABLES DE PROCESO

En procesos industriales las principales variables son aquella que se manejan en transferencia como:  

Velocidad de los materiales Revoluciones por minuto Caudal de los materiales Viscosidad en fluidos Tamaño de partículas Presión Temperatura Volumen Concentración Densidad Peso Tiempo Calor Flujo de calor

En muchos procesos lo que establece su continuidad son las formas como se manipulen las variables que se tienen en cada operación o etapa. A la vez, esta manipulación requiere de equipos o aparatos diferentes.

Caso 5.- En la osmodeshidratación de frutas tomemos la preparación del jarabe y desglosémoslo en las operaciones que tienen lugar, así:

Medición del agua Pesada del azúcar Pesada del ácido cítrico Calentamiento del agua Agregación del azúcar y ácido cítrico Ebullición.

En la medición del agua se tienen dos variables principales, volumen de agua y tiempo en el cual se realiza la medición del volumen que se requiere para procesar una determinada cantidad de jarabe.

Para la pesada de azúcar las variables de la operación son peso y tiempo; iguales variables se tienen en la pesada del ácido cítrico.

Para estas variables (las del agua, azúcar y ácido cítrico) se tiene interdependencia. Esta situación especial nace del manejo que el profesional quiera establecer. Si se define una cantidad de agua, la cantidad de azúcar y de ácido cítrico dependen de dicha cantidad de agua.

Por el contrario, si se define una cantidad de azúcar, las cantidades de agua y de ácido cítrico dependen del azúcar.

O finalmente, si se estipula una cantidad de jarabe, las cantidades de cada materia prima dependerán de la variable cantidad o peso de jarabe a preparar.

En el calentamiento del agua las variables manipuladas son calor, temperatura y tiempo, que pueden ser integradas a dos variables , flujo de calor ( diferencial de calor sobre diferencial de tiempo q = dQ /dt ) y temperatura. Solamente el tiempo se constituye en variable durante la agregación del azúcar y del ácido cítrico al agua. Esta variable puede involucrar el tiempo de llevar el azúcar pesado desde su sitio de almacenamiento sea provisional o permanente y el tiempo de agregación propiamente dicho.

Una reducción del tiempo de disolución se logra con una agitación. Si se dispone de un agitador mecánico, el tiempo de disolución es función de la velocidad tangencial del agitador ò de las revoluciones por minuto.

En la ebullición se tienen dos variables el flujo de calor y el tiempo de ebullición. Debe tenerse muy en cuenta que la variable tiempo para el flujo de calor es diferente a la variable tiempo de duración de la ebullición. En términos prácticos se tiene un flujo de calor en kilocalorías por hora y la ebullición puede durar 5 ó 10 minutos.

También el flujo de calor es función de la velocidad de agitación que tenga el fluido.

La agregación del agua, azúcar y ácido cítrico implica el transporte.

En un proceso de cochada la cantidad de agua se adiciona a una olla o marmita y se mide por nivel marcado directamente en el recipiente o empleando un recipiente aforado como baldes, vasos aforados, etc. En este caso la variable tiempo no es determinante y se llega a establecer un tiempo fijo para las operaciones a realizar.

En un proceso continuo el agua fluye a través de un medidor de volumen o contador de agua, para entrar al equipo que la ha de calentar. Acá, la variable tiempo que esta asociada al flujo de calor y a la capacidad del equipo, es determinante, a la vez que la cantidad de agua (variable peso o volumen ) es función del tiempo de proceso.

La misma forma de expresar el flujo nos establece la dependencia, kilogramos por minutos, litros por hora, etc.

Normalmente se emplea una báscula o una balanza para pesar las cantidades necesarias para una cochada. Y en este caso no se tiene la dependencia peso a tiempo.

En un proceso continuo se debe usar un dosificador de sólidos que alimentará al equipo en el cual se efectúa la disolución, calentamiento y ebullición en forma continua.

En la preparación del jarabe se tiene otra variable y es el pH, ya que la inversión del azúcar ocurre en medio ácido. Sin embargo el pH es función del ácido cítrico agregado y establecida una relación constante de agua, ácido cítrico y azúcar agregado, el pH deja de ser variable.

Caso 6.- Como ya se vio, en la obtención de cerveza (ver práctica integral 1 ó anexo No. 3) en una de las primeras etapas del proceso la malta se muele y se adiciona a agua con características químicas especiales. La mezcla (masa) se lleva a calentamientos periódicos para convertir proteínas y almidones en compuestos más simples, solubles en una solución llamada mosto.

La operación más importante es la conversión de almidones en azucares por acción de las enzimas amiloliticas que tiene la malta. Esta conversión puede reconocerse mediante la toma de muestras a la masa y adición de una solución de yodo; el cambio de coloración de la solución a azul intenso indica presencia de almidones. A mayor intensidad mayor contenido de almidones en la masa. Se considera que se tiene una conversión de almidones cuando la solución no cambia de coloración.

Las operaciones que se tienen en la llamada maceración son:

Preparación del agua (adecuación de sus características químicas). Calentamiento del agua a 36 oC Adición de la malta molida. Agitación de la mezcla. (se continua hasta terminar el proceso) Calentamiento a 52 oC Descanso a 52 oC ( conversión de proteínas)., durante diez minutos Calentamiento a 72 oC

Descanso a 72 oC ( conversión de almidones), durante quince minutos Calentamiento a 76 oC Descanso a 76 oC (inactivación de enzimas) durante cinco minutos · Bombeo a filtración.

Los descansos son operaciones en las cuales la masa se deja durante un tiempo predeterminado a la temperatura establecida para lograr un mayor o menor grado de conversión de las proteínas y almidones, lo que a la larga, en procesos subsiguientes se traduce en mayor o menor cantidad de alcohol y mayor o menor densidad en lo que conoce como cuerpo de la bebida. Para este proceso en particular, las variables son pH y cantidad de sales del agua, cantidad de materias primas (relación agua: malta) concentración de sólidos , temperatura, tiempo y concentración de proteínas y almidones . Todas ellas inciden en las características de la cerveza y permiten establecer los llamados tipos de cerveza.  

  Generalizando, en la industria de alimentos, las variables más comunes son tiempo, temperatura, concentración, flujos másico, volumétrico y de calor y en un menor grado, presión y ph. No se descartan otras variables aunque algunas pueden estar relacionadas a las ya expuestas, como densidad (incluyendo diversas mediciones como grados Brix), o muy especiales, como brillo, turbidez, color, etc.

El diseño, dimensionamiento y la optimización de procesos y equipos se fundamenta en el correcto conocimiento y manejo de las variables involucradas.