INFORMES: SECADORES POR ATOMIZACION SIMULACION DE UN TERMOCOMPRESOR TUNEL DE AIRE ATOMIZADO UNIVERSIDAD NACIONAL D
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INFORMES: SECADORES POR ATOMIZACION SIMULACION DE UN TERMOCOMPRESOR TUNEL DE AIRE ATOMIZADO UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
ASIGNATURA: Órganos de Máquinas y Mecanismos DOCENTE: Msc. Manrique Velarde, Saúl ALUMNO: AREQUIPA-PERU
DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
INTRODUCCION
La higiene y saneamiento en una planta de procesamiento de alimentos es muy importante, es por ellos que debe estar en toda la línea de proceso. El éxito de una empresa de este sector está directamente relacionado con la calidad de sus productos y, ésta, con las condiciones higiénicas del proceso por el cual se obtienen. Mediante los sistemas CIP (Cleaning In Place), ampliamente utilizados en el sector se lleva a cabo la limpieza de los equipos de la planta de forma automatizada y optimizando las condiciones en las que tiene lugar con el fin de ahorrar productos y minimizar la generación de corrientes “sucias” que, posteriormente, habrá que tratar. La limpieza se lleva a cabo mediante la circulación de agua y disoluciones de productos químicos calientes a través del equipo o tubería que trabaja en contacto con los productos. Su acción física, química y bacteriológica elimina la suciedad y los microorganismos de las superficies. El ciclo CIP en plantas puede comprender secuencias de pre-enjuagado, limpieza con sosa, enjuagado final, todo controlado automáticamente de acuerdo con un programa pre-establecido de temperaturas y tiempos. El programa CIP se debe optimizar de acuerdo con las diferentes operaciones de las distintas industrias lácteas.
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
DISEÑO DE CIP (CLEANING IN PLACE) EN LA INDUSTRIA DE LA LECHE I.
OBJETIVOS
Analizar e interpretar las etapas que comprenden al CIP (Cleaning In Place). Evaluando la maquinaria y equipos que incluyen este sistema.
Diseñar un método de limpieza propuesto, denominado CIP, para la industria dela leche.
II.
FUNDAMENTO: 1. Limpieza-en-sitio, CIP / Esterilizado-en-sitio, SIP
La Limpieza-en-sitio (CIP) y el Esterilizado-en-sitio (SIP) son sistemas diseñados para la limpieza y desinfectado automáticos sin necesidad de realizar obras de desmontado y ensamblado. Adicionalmente, un sistema CIP bien diseñado (que utiliza tecnología de válvula de asiento doble (bloqueo y purgado) y un poco de integración de procesos), le permitirá limpiar una parte de la planta, en tanto las demás áreas continúan con la producción. Además, un sistema CIP moderno no sólo ahorrará dinero al lograr un mejor uso de la planta, sino también por los ahorros significativos que obtendrá en el líquido para la CIP (al reciclar las soluciones de limpieza), en el agua (el sistema está diseñado para utilizar la cantidad de agua óptima requerida) y en las horas-hombre. La limpieza se puede realizar con sistemas automatizados o manuales y es un proceso confiable y repetible que cumple con los reglamentos de higiene más rigurosos requeridos por las industrias de alimentos, lácteos, farmacéutica y de biotecnología. Otros beneficios derivados de una planta CIP bien diseñada incluyen: seguridad para los operadores (ya que no se requiere que entren a los tanques y a los recipientes para limpiarlos ni que manejen los materiales de limpieza potentes) y reducción al mínimo del tiempo muerto entre los periodos de fabricación/cambios de producto, de haberlo. La tecnología de CIP (Limpieza-en-sitio) y SIP (Esterilizado-en-sitio) es obviamente importante para muchas industrias entre las que se cuentan las de alimentos, productos lácteos, nutracéutica, farmacéutica, de biotecnología, de cosméticos, de la salud y
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cuidados personales, donde el procesamiento se debe realizar en ambientes higiénicos o asépticos.
La limpieza se lleva a cabo mediante la circulación de agua y disoluciones de productos químicos calientes a través del equipo o tubería que trabaja en contacto con los productos. Su acción física, química y bacteriológica elimina la suciedad y los microorganismos de las superficies. En el más amplio sentido de la palabra, el proceso de limpieza comprende tres estadios:
Limpieza, eliminación de suciedad
Desinfección, reducción del número de bacterias residual en los depósitos y superficies pulidas
Esterilización, eliminación de todas las bacterias
Para eliminar elementos potencialmente contaminantes no basta con aplicar métodos de limpieza convencionales, por el contrario, se necesita implementar un sistema capaz de vencer las fuerzas de unión tanto entre las impurezas y las superficies impregnadas como la de las sustancias entre sí. La efectividad de la limpieza viene determinada por cuatro factores significativos:
Tiempo de duración del ciclo de limpieza
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Agente de limpieza, productos químicos o combinación de ellos y la concentración de sus disoluciones
Temperatura elevada proporciona limpiezas más rápidas
Velocidad/caudal de paso de la disolución de limpieza a través de la tubería o equipo a limpiar
Frecuencia entre ciclos de limpieza
Un correcto estudio de la ingeniería de diseño permite evaluar el tipo de sistema y diseñar la combinación apropiada de los factores arriba mencionados. Es totalmente necesario que las soluciones de limpieza pasen por toda la superficie de los equipos de la instalación que están en contacto con el producto, y por tanto, no deben existir recovecos ni bolsillos que resulten inaccesibles. La función de la unidad de limpieza CIP es la de preparar las soluciones de limpieza en la concentración y temperatura adecuadas y programar los distintos ciclos necesarios para la limpieza de todos los elementos de la planta controlando variables como temperatura, caudal y/o presión. Además, debe funcionar de una manera ordenada, minimizando el consumo energético, y con versatilidad en los programas de limpieza. Un sistema automático que se encarga de la preparación y limpieza de toda la instalación controlando los parámetros de limpieza es fundamental para lograr a mantener todos los equipos en condiciones limpias y preparadas para cada etapa de producción.
2. CARACTERÍSTICAS 1. Controles manuales ó automáticos. 2. Alimentación de químicos automática con control de concentración. 3. Flujo y temperatura del agua controlados automáticamente. 4. Procesos combinados y controles con el mismo sistema si son requeridos. 5. Bombas de alimentación al CIP y retorno del CIP seleccionadas específicamente para cada sistema. 6. Poder operar el CIP en frio y en caliente para cumplir con las normas más exigentes.
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Construcción robusta
Acero inoxidable y materiales nobles
Diseño sanitario
Fácil limpieza por recirculación
Ahorro de agua y productos de limpieza
Cumple exigencias GMP - ANMAT
De funcionamiento manual o automático
Los sistemas CIP se encuentran operando en una gran variedad de industrias incluyendo:
Queso
Leche
Refrescos
Cerveza
Margarina
Cosméticos
Jugos, entre otros
3. REQUISITOS DE UN SISTEMA CIP
Todas las superficies deben ser accesibles a las soluciones
El material y acabados de construcción deben ser de tipo sanitario
Las superficies de los equipos no deben ser atacadas químicamente por los productos
Los equipos y las tuberías deben ser instalados para que puedan revisarse y drenarse correctamente
Respecto al flujo:
Flujo mínimo requerido para obtener una buena limpieza en Tanques cilíndricos verticales: 2.5 a 3.5 galones/minuto por pie lineal de la circunferencia del tanque
Tanques horizontales: 0.15 a 0.30 galones/minuto por pie cuadrado de superficie del tanque
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La velocidad en tuberías: 1.5 a 3.0 m/seg Cip
Requisitos de material para sistemas CIP
No transmitir olores y sabores al producto.
Resistir el ataque químico de detergentes y desinfectantes.
Soportar altas temperaturas. (Los elastómeros son atacados por agentes clorados y oxidantes).
4. TIPOS DEC.I.P La fabricación de los sistemas CIP dependen tanto del tipo de producto como del diseño de la planta en la que se requiera el CIP, los cuales pueden ser de los siguientes tipos: a) SISTEMA CONVENCIONAL Basado en un número determinado de tanques para químicos y en uno o dos circuitos de limpieza. Sistemas de limpieza C.I.P. (lavado en el lugar), con equipos de: Dos a cinco tanques Operación manual, semiautomática o totalmente integrados a controles programables Sistemas en caliente o frio con 3 a 5 pasos. b) SISTEMA CIP CON OZONO Los sistemas de ozono CIP automatizados pueden ahorrar más tiempo y dinero que los métodos convencionales. El alto poder de oxidación del ozono comparado con otros químicos, reduce costos de operación y los tratamientos químicos confiables pueden hacer que los sistemas de ozono CIP sean una opción superior para el proceso de desinfección y limpieza de agua. c) SISTEMA CIP TIPO PLACAS
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La limpieza en sitio CIP tipo placas adopta un programa de Siemens para la inspección automática del nivel de líquido limpio, temperatura, concentración de acidez y álcali, y una pantalla táctil para ingresar los parámetros y de esto se realiza automáticamente la compensación del agua de CIP y agregación y calentamiento de acidez y alcalinidad concentrados. Características de limpieza en sitio CIP tipo placas:
Operación automática, disminución de los costos de la mano de obra, disminución de gastos de producción.
Operación visible, fácil manejo.
Control preciso de temperatura, nivel de líquido y concentración de líquidos CIP, reduce el consumo de vapor y agua.
El control preciso de concentración aumenta grandemente la utilización del líquido limpio.
d) SISTEMA CIP TIPO CONJUNTO La mayoría del proceso de operación de la limpieza en sitio CIP tipo conjunto se controla manualmente, incluyen la agregación de acidez y álcali concentrado en tanques de líquido ácido y alcalino en caso de la reducción de concentración del líquido limpio, entrega de líquido y compensación de agua. Características de limpieza en sitio CIP tipo conjunto:
Ventajas: Baja inversión de capital, sin necesidad de conocimientos previos y experiencias para los operadores, capacitación apropiada.
Deficiencias: Baja automatización, gran inversión para la mano de obra, control de temperatura del líquido limpio no preciso, menos coeficiente de seguridad por la agregación manual de ácido y álcali concentrados, baja eficiencia de producción.
e) SISTEMA CIP TIPO SEPARADO La limpieza en sitio CIP tipo separado adopta un calentamiento automático, controlador de temperatura para ajustar la temperatura de limpieza y una válvula de regulación de vapor para limitar la cantidad de vapor, así para mantener el líquido limpio en una 8
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temperatura ideal. El equipo cuenta con una alarma automática para el nivel de líquido en los tanques. Cuando la concentración del líquido limpio no alcanza el estándar, la acidez y álcali concentrados se agregan por la bomba de diafragma neumática. La entrega del líquido CIP y la compensación del agua son operadas manualmente. Características de limpieza en sitio CIP tipo separado:
Control de temperatura del líquido limpio preciso y fácil.
Brinda más seguridad usando la bomba de diafragma.
El control automático de temperatura y la alarma del nivel de líquido reducen el costo de producción.
Aplicaciones de limpieza en sitio CIP tipo separado: Es conveniente para las empresas de alimentos Existen 2 tipos de sistemas CIP: 1) Centralizado 2) Desentralizado CENTRALIZADO: varios ciclos CIP pueden efectuarse al mismo tiempo
Almacena, prepara, distribuye, controla y ajusta concentración y temperatura.
El grado de automatización suele ser muy alto
Los depósitos tienen electrodos de control para niveles
La concentración de detergente se controla por un sensor, el cual mide la conductividad de los químicos
Tienen medidores y controladores de temperatura
Tiene un sistema controlador de secuencias.
DESCENTRALIZADO: solo un ciclo CIP puede correr al mismo tiempo El CIP central es dividido en pequeñas estaciones de baja capacidad exclusivas para lavar determinados equipos y líneas de proceso aledañas a estos.
5. SISTEMAS DE LIMPIEZA Y SANITIZACION CIP EN FRIO Y CALIENTE 9
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En la práctica, se puede dividir un proceso de producción en módulos conectados a diferentes sistemas CIP. También es posible construir un sistema CIP centralizado, es decir, que el agua y la solución de detergente sean bombeados desde una estación CIP central a varios circuitos CIP. Este último sistema no se recomienda en el caso de que las distancias existentes entre diferentes circuitos CIP sean muy grandes. A continuación se presentan dos ejemplos de programas CIP, uno para un sistema frío y otro para un circuito que incluye superficies calientes (en este caso específico, un circuito de pasteurización en la industria láctea): SISTEMA DE LIMPIEZA Y SANITIZACIÓN CIP FRÍO En vista de que los residuos de la producción de bebidas gaseosas son muy solubles en agua, se pueden emplear detergentes ácidos capaces de solubilizar eficazmente la suciedad de tipo orgánico así como los residuos inorgánicos no eliminables por los sistemas de limpieza empleados actualmente. El nuevo sistema de limpieza que se propone, denominado CIP Frío (porque la temperatura de trabajo es ambiente), al igual que otros sistemas de limpieza como el CIP que actualmente se usa en las plantas envasadoras de bebidas gaseosas, permite eliminar los residuos existentes al finalizar una producción y mantener las condiciones asépticas requeridas por el proceso. Mientras, que el proceso CIP de limpieza tradicional con temperatura se basa en el incremento de la temperatura de trabajo en combinación con el uso de agentes químicos, el CIP Frío se basa en la aplicación de la energía necesaria para romper los enlaces que mantienen adheridas las partículas residuales a las superficies de las tuberías y equipos en general. Según Sinner para que el proceso de limpieza sea efectivo se deben combinar adecuadamente al menos dos de las siguientes variables: tiempo, energía química, energía mecánica y calor. Considerando el tipo de residuo a eliminar, el sistema de limpieza propuesto se basa en el uso de las variables: energía mecánica y energía química. Variables de Sinner
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La primera variable que se toma en cuenta para implementar el nuevo sistema de limpieza es la variable mecánica, pues la velocidad del flujo del sistema (proporcionado por la bomba) debe ser mayor a 1.5 m/s. correspondiente a un caudal mayor a 5 m3/h y una presión de 1.33 bar = 133 kPa. La efectividad de la limpieza dependerá en parte de que esta velocidad de flujo permanezca constante y esté bien controlada, manteniendo este caudal durante todo el proceso de limpieza. En la variable química se considera la unión de detergente y de agua potable, denominada solución química, que debe tener un ph ácido, de esta manera se evita que la solución reaccione con carbonatos, cloruros o gases como el dióxido de carbono; metales como el hierro y, sales de calcio y magnesio que están presentes en el proceso de elaboración y envasado de las bebidas carbonatadas, los cuales causan incrustaciones en la línea. La solución ácida formulada constituye un detergente ideal para trabajar con los diferentes tipos de durezas del agua. Los detergentes ácidos a usarse en el sistema de limpieza CIP Frío presentan un pH ácido, con lo cual su acción microbicida se mantiene después de la limpieza; dicha propiedad permite reutilizar esta solución ácida, es decir, puede almacenarse, aunque su concentración, luego del proceso de limpieza, disminuye en un 30%. El CIP Frío se trata de un nuevo sistema de circuito cerrado, usado a temperatura ambiente (20°C a 30ºC) y consta de las siguientes etapas: 1. Pre-enjuague, donde se emplea agua potable por un tiempo de 5 minutos. 2. Limpieza ácida con un detergente ácido a una concentración de 0.8 a 1.2% v/v, durante15 a 20 minutos. Esta solución adquiere un pH de 2.5 a 3. 3. Enjuague de detergente ácido, para lo cual se emplea agua potable por un tiempo de 5 minutos. 4. Desinfección ácida con un desinfectante a base de ácido peracético, con una concentración desde 0.3 a 0.5% v/v por un tiempo de 5 a 10 minutos. Todo este sistema da un tiempo total aproximado de 30 a 40 minutos por cada limpieza realizada en la envasadora. Uno de los requerimientos más importantes para la aplicación del CIP Frío en cualquier proceso es que la velocidad de flujo de las soluciones de limpieza esté sobre 1,5 m/s o que presente un Reynolds turbulento.
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REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE LIMPIEZA EN FRÍO Para lograr un correcto funcionamiento se detallan los materiales y equipos; la formulación de los detergentes y sanitizantes; y, la prueba experimental, con el fin de implementar correctamente este sistema en la industria de bebidas gaseosas. Materiales y equipos Para el proceso general de limpieza a desarrollar por el CIP Frío, se requiere: a) Un tanque para el almacenamiento del agua de remojo y enjuague de 4,06 m3. b) Un tanque para el almacenamiento del detergente ácido de 4,06 m3. La capacidad de los tanques está condicionada a la capacidad del calderín y de las tuberías. c) Una bomba centrífuga que mantenga el caudal constante y que mantenga la velocidad de flujo de 1.5 m/s. d) Se necesitarán 200 kilos de detergente y 200 kilos de ácido peracético. e) Se necesitan reactivos para medir la concentración del detergente en forma manual, una bureta de 25 ml. de Hidróxido de Sodio al 0,1Normal y como indicador, Fenolftaleína.
6. LIMPIEZA EN CIRCUITO CERRADO CIP Consta de varias etapas que se detallan a continuación: 1. Pre-Enjuague: El objetivo es remover gran cantidad del residuo de poca adherencia, para ello se utiliza agua a temperatura ambiente (20°C a 25 ºC) durante unos 5 a 10 minutos. Una de sus características es prolongar la vida de la solución detergente. Es más efectivo si se hace incluyendo pulsos de prendido y apagado para generar turbulencia discontinua. 2. Limpieza Alcalina: El objetivo de este proceso es remover el residuo de mayor adhesión. Se usan soluciones de hidróxido de sodio al 2.5%, para esto es necesario trabajar a temperaturas de 60°C a 80°C para que la solución de limpieza sea eficiente. Si no alcanza esta temperatura es necesario trabajar a concentraciones
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mayores al 5% de Hidróxido de Sodio, generalmente se emplea un tiempo de 45 a 60 min. 3. Enjuague Intermedio: Remueve el residuo detergente y se usa agua potable caliente mayor a 80ºC; el tiempo de circulación es hasta que finalice el residual de detergente, que dura de 30 a 40 min. 4. Limpieza Ácida: Este paso se realiza cada mes, o cuando la incrustación por carbonatos de calcio es grande; se lo realiza después del enjuague del detergente alcalino; proporciona un ambiente ácido bacteriostático; se usan generalmente soluciones de ácido nítrico y/o ácido fosfórico en concentraciones del 1% al 2%. El tiempo de limpieza por lo general es de 30 min. a temperatura ambiente. 5. Post-Enjuague: El objetivo es remover los residuos del detergente ácido. Este proceso se lo realiza con agua por lo general a temperatura ambiente y dura de 5 a 10 min. 6. Desinfección: Se la aplica para lograr la eliminación de población microbiana al nivel aceptable o a las especificaciones de calidad e higiene de la industria de bebidas gaseosas, que generalmente también se la realiza antes de iniciar la producción. Los procesos de desinfección pueden ser los siguientes: con agua caliente por 15 min., a una temperatura entre 80ºC y 90ºC; o, con un sanitizante químico tradicional que puede durar de 10 a 15 min. A temperatura ambiente y éstos pueden ser: cloro desde 50 - 200 ppm, amonio cuaternario al 2% o compuestos yodados al 20 ppm. 7. Enjuague Final: Es la eliminación total del residuo desinfectante y se debe utilizar agua fresca de muy buena calidad microbiológica. En algunas plantas de envasado, los residuos orgánicos como gomas, azúcares simples, taninos etc., son una fuente nutritiva para los microorganismos viables. Los residuos inorgánicos minerales como las sales de hierro y calcio presentes en ciertas bebidas carbonatadas, reaccionan con el hidróxido de sodio (utilizado como
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solución de limpieza en el CIP actual) formando incrustaciones de carbonato y bicarbonato de calcio en las paredes de la tubería.
7. PASOS DE LAVADO Y SANITIZANTE
Sistemas de 3 pasos: Enjuague - detergente - enjuague
Sistemas de 5 pasos: Enjuague - detergente - enjuague – sanitizante-enjuague
Sistemas de 7 pasos: Enjuague - detergente - enjuague - acido - enjuague sanitizante - enjuague
En líneas de envasado se pueden encontrar dos tipos de sistemas CIP: Manuales, que requieren de un operador; y automatizados, que monitorean y controlan el proceso de principio a fin. Un sistema CIP manual puede presentar diversos problemas comparado con uno automatizado: a) Metodología irregular de muestreo de variables de interés discreta. b) Incapacidad de muestrear continuamente las variables físicas. c) No hay control de variables durante el proceso. d) Error en toma de lectura por factor humano. e) Incertidumbre de repetitividad de metodología de operación y toma de muestras. f) Procesamiento y despliegue de información complejo. g) La documentación del proceso de saneado depende del factor humano. Por lo tanto, el reto al automatizar un sistema CIP es minimizar cada una de estas desventajas para contar con un sistema confiable. EI sistema CIP puede ser descrito como la circulación de los líquidos de limpieza a través de máquinas, tuberías y otros equipos dentro de un circuito de lavado. Cuando se aplica CIP, la mezcla de agua, detergentes y desinfectantes pasa a gran velocidad y restriega la suciedad en los tubos, los intercambiadores de calor, las bombas, las válvulas y demás equipos en un circuito cerrado.
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Para que un sistema CIP sea efectivo: a) Se debe administrar un Tiempo de duración del ciclo de limpieza. b) Trabajar con temperatura elevada, que proporciona limpiezas más rápidas. c) Frecuencia entre ciclos de limpieza es importante. d) Deberá aplicarse una mezcla de detergentes y desinfectantes que remueva todo tipo de residuos presentes y que sea compatible con todo tipo de superficies en el circuito; e) Todas las superficies tienen que ser accesibles o estar en contacto con el flujo; y f) Todos los componentes del circuito tienen que estar disponibles para el lavado al mismo momento.
8. FUNCIÓN DE LA UNIDAD DE LIMPIEZA CIP Preparar las soluciones de limpieza en la concentración y temperatura adecuadas y programar los distintos ciclos necesarios para la limpieza de todos los elementos de la planta, controlando variables como temperatura, caudal y/o presión. Debe funcionar de una manera ordenada, minimizando el consumo energético, y con versatilidad en los programas de limpieza. Un sistema automático que se encargue de la preparación y limpieza de toda la instalación, controlando los parámetros de limpieza, es fundamental para lograr mantener todos los equipos en condiciones limpias y preparadas para cada etapa de producción. EQUIPOS Una estación de lavado CIP está conformada por equipo de almacenamiento, de monitoreo y de distribución de líquidos de limpieza. Lo anterior incluye bombas, tanques, controlador electrónico (en algunos casos), boquillas, tuberías, etc. Las boquillas giratorias para el lavado de tanques son típicas en un sistema CIP. UNIDADES CIP MOVILES Los sistemas CIP estándar con 3 ó 4 depósitos es la joya de la tecnología de limpieza de Packo. Se trata de la instalación CIP más utilizada en la industria de procesamiento cuando se requiere la limpieza in situ. 15
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Equipos de procesos, conductos, tanques, instalaciones de llenado, recogida en grandes cantidades y depósitos transportables se limpian fácilmente y a fondo. Este diseño optimizado y contrastado sirve también como modelo de base para la instalación de sistemas más grandes y automatizados. UNIDADES CIP FIJAS Los sistemas CIP estándar con 3 ó 4 depósitos es la joya de la tecnología de limpieza de Packo. Se trata de la instalación CIP más utilizada en la industria de procesamiento cuando se requiere la limpieza in situ. Equipos de procesos, conductos, tanques, instalaciones de llenado, recogida en grandes cantidades y depósitos transportables se limpian fácilmente y a fondo. Este diseño optimizado y contrastado sirve también como modelo de base para la instalación de sistemas más grandes y automatizados. DISEÑO DE BOLAS SPRAY
Las bolas y discos son instalados en los tanques y entregan la solución de CIP uniformemente a lo largo del tanque. Se instalan las bolas permanentemente en los tanques sanitarios. Se usan los discos para las circunstancias especiales incluyendo el flat-top y tanques open-top que deben quitarse después de cada uso. Los adornos de spray especiales están disponibles para limpiar el interior de los tanques de transporte. Para el diseño del CIP se selecciona la bola de spray (automatizado, estas son de acero inoxidable, pueden durar muchísimo tiempo (60 años). Existen diversos tipos dependiendo del ángulo de trayectoria: 360º, 180º; esto dependerá al tipo de tanque a que se quiera ubicar.
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Para su funcionamiento necesitan una presión de 35psio con 9+0cm de radio.
Determinación de impacto
LIMPIEZA ESTÁTICA CON BOCHAS DE LIMPIEZA (SPRAYBALLS) Estos son los dispositivos más comunes y se utilizan para la limpieza de tanques y recipientes de productos más sencillos de remover y más solubles en agua o en detergentes utilizados. Se caracterizan por su sencillez de instalación, bajo costo y mantenimiento prácticamente nulo. La esferas contienen una determinada cantidad de orificios de cierto diámetro uniformennte distribuidas en toda la esfera.
Presión de trabajo: hasta 2,5 bar
Diámetro de alcance: hasta 8 metros
Caudal: hasta 67 m3/h
LIMPIEZA DE CAÑERÍAS, TUBERÍAS O SISTEMAS CERRADOS
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Gran parte de los sistemas industriales de producción incorporan cañerías, tuberías o sistemas cerrados por donde circulan alimentos o ingredientes. Para lograr una limpieza efectiva se hace circular por los equipos e instalaciones durante un tiempo determinado y con un caudal turbulento. Esta turbulencia sólo asegura la efectividad de la limpieza si presenta el llamado número de Reynolds en una franja de valores adecuada. De las experiencias de Osborn-Reynolds el reparto de velocidades en una tubería es función de: D = diámetro de tubería Q = caudal µ = viscosidad dinámica ρ = densidad del fluido Estas cuatro variables definen un número adimensional, el número de Reynolds: Re = 4/ • Q / D Por tanto, los fluidos utilizados para las operaciones de limpieza deben circular en régimen turbulento. El óptimo resultado es logrado alcanzando velocidades en tubería de 1,5 a 3,0 m/s. En la Tabla se muestran las condiciones de limpieza para distintos diámetros de tuberías.
Tabla: Números de Reynolds D (DINT)
V (m/s)
Re
Q (m3/h)
25
2,8
7,3 ·104
5,4
40
2,0
8,0 ·104
9,0
50
1,7
8,5 ·104
12,0
65
1,48
9,8 ·104
18,2
80
1,36
11,0 ·104
25,2
100
1,34
13,4 ·104
37,9
Para alcanzar la limpieza deseada en sistemas de tuberías se deben seguir algunas indicaciones de interés:
Diámetros constantes en tuberías y uniones
No existencia de puntos muertos
Velocidad del fluido uniforme
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Las tuberías deben ser capaces de drenar su contenido por gravedad (pendiente hacia drenaje)
Prevención de resquicios
También es importante que la instalación esté realizada de manera adecuada. Las cuatro formas higiénicas de unir tuberías más comúnmente usadas son:
Unión clamp
Unión DIN (unión doble) y otras uniones con rosca sanitaria
Unión con bridas higiénicas
Unión soldada
Cada día se emplea más la soldadura orbital en la industria alimenticia, algo que ya hace mucho tiempo se utiliza en la industria farmacéutica. De ese modo, se eliminan juntas de unión, mejorándose los estándares de higiene. Es esencial que las soldaduras se realicen con equipos apropiados y por operadores experimentados. Normalmente, se emplean máquinas de soldadura automática. La soldadura es en atmósfera de gas inerte sin aportación de material TIG. Este tipo de soldadura ha resultado ser igual o superior a cualquier otro tipo de unión de tubería, teniendo unas condiciones sanitarias perfectas al no utilizar juntas como las demás uniones. Se debe estudiar detenidamente la colocación de los accesorios de tuberías como tés, reducciones de diámetro, etc., de forma que no queden bolsillos u otras zonas de difícil limpieza. LIMPIEZA DE TANQUES Y RECIPIENTES Para su limpieza se instalan una o más bochas de limpieza, según la geometría y los dispositivos internos del tanque. En la entrada y salida de disoluciones de limpieza a los tanques se emplean sistemas de alta seguridad que evitan que al limpiar un tanque haya la posibilidad de entrada de disolución de limpieza a otros tanques con producto almacenado. Actualmente existe una variedad muy amplia de dispositivos de limpieza y se distinguen los siguientes tipos: LIMPIEZA ROTATIVA
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Los dispositivos rotativos tienen una construcción más compleja ya que contienen rodamientos hidrodinámicos que permiten que el dispositivo gire con la propia presión del fluido de limpieza. En este caso, el cabezal rociador no tiene perforaciones pequeñas alrededor sino que todo el líquido disponible se proyecta a través de una, dos o tres toberas de chorro. La gran ventaja de estos modernos dispositivos es una limpieza más eficiente con mayor presión y menor caudal eliminando casi cualquier tipo de suciedad.
Presión de trabajo: hasta 20 bar
Diámetro de alcance: hasta 10 metros
Caudal: hasta 29 m3/h
LIMPIEZA ORBITAL Estos equipos se utilizan para eliminar suciedad compleja y difícil de remover y también para diámetros grandes.
Presión de trabajo: hasta 90 bar
Diámetro de alcance: hasta 27 metros
Caudal: hasta 34 m3/h
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9. QUÍMICOS UTILIZADOS EN EL SISTEMA CIP A. QUIMANT
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ALCALINO
CLORADO.
(DETERGENTE
LIMPIADOR, DESINFECTANTE) Tensoactivo aniónico y catiónico combinado con agentes alcalinos de alta capacidad detersiva que interactúan en particular sobre grasas animales y/o vegetales depositadas en cañerías, bateas, ordeñadoras, pisos, paredes, azulejos, etc. Apto para utilizar en sistema CIP. Propiedades: Composición química Tensoactivo aniònico y catiónico combinado con agentes alcalinos y clorados. Dosificación y método de uso:
Para la industria Láctea y Tambos: Se utiliza el producto diluido del 0.7 al 1,5%, dependiendo de la suciedad a arrastrar, en agua caliento a una temperatura de 60ºC a 80ºC y se introduce en la máquina haciendo que recircule a circuito cerrado durante 8 minutos; luego enjuagar con agua potable con circuito abierto hasta eliminar la alcalinidad.
Para limpieza y desinfección General: Se utiliza el producto diluido del 4 al 10% en agua a 60ºC sobre pisos, mesadas o azulejos, dejar actuar de 10 a 15 minutos. Luego enjuagar con agua hasta eliminar la alcalinidad.
B. QUIMANT L-M (DESENGRASANTE ALCALINO, LIMPIA MOLDES) Propiedades: Composición química. Formulado a base de tensioactivos, no-iónicos, alcoholes y agentes alcalinos. Se aplica diluido en agua caliente realizando una limpieza y desengrase, se recomienda su uso en tambos de ordeño, pisos, paredes, mesadas, utensilios, máquinas, cocinas, acero inoxidable, etc.(apto para el uso de establecimientos alimenticios) fregar y enjuagar con agua potable, en lo posible caliente hasta eliminar la alcalinidad.
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
No forma espuma, por lo tanto puede utilizarse en sistemas CIP o circuitos cerrados en los que requiere circulación. Dosificación y Método de Uso: Agitar el producto concentrado antes de usar. Para uso en Tambos o industria Lechera, diluir el producto en agua caliente de 60 a 80ºC del 0.5 al 1%, haciéndolo circular o dejando actuar por unos 10 minutos aproximadamente antes de enjuagar con agua clara. Para limpieza y desengrase de industria alimenticia en general, diluir le producto en una proporción de 5 a 10% en agua caliente a una temperatura de 60 a 80ºC. Por su composición actúa eficazmente aún con aguas duras, siempre realizar enjuague con agua clara. C. QUIMANT
ALFA-OMEGA
(DESINFECTANTE,
BACTERICIDA,
BIOCIDA, SANITIZANTE A BASE DE ÁCIDO PERACÉTICO). Propiedades: Composición química. Producto formulado a base de ácido acético glacial-peróxido de hidrógeno. Principio y fin de bacterias, virus, gérmenes y microorganismos en general, de nueve generación. La acción hiper oxidante del ácido peracètico, destruye las proteínas de los microorganismos produciendo la asepsia total en las superficies. Aplicación: Se utiliza en bajas concentraciones, sin formación de espuma y de actividad total en aguas duras. No deje residuos grasos ni olores. Se biodegradable totalmente; fuerte sanitizante recomendable para la industria de los alimentos con plenitud de seguridad en su accionar destructor de los entes infectantes que podrían perjudicar los procesos de elaboración o el resultado final de los productos a elaborar. Aplicable en la industria láctea, avícola, cárnica, pesquera, vitivinílica y de alimentos en general. Dosificación y Método de Uso
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
Se utiliza en concertaciones del 0.5 al 3% en temperaturas no superiores a los 60ºC, enjuagando posteriormente con agua potable. Aplicable en equipos de sistemas de limpieza fijo CIP No usar concentrado.
FORMULACIÓN DE DETERGENTES Y SANITIZANTES DETERGENTE Es el agente químico que mezclado con el agua va a encapsular, emulsificar o saponificar los residuos adheridos a una superficie. Esta mezcla detergente-agua se la conoce como solución detergente. Causa una reacción química con residuos y microorganismos para su desprendimiento y eliminación, con mejor contacto y penetración. •
No es corrosivo, ni deja un residual químico.
•
posee acción sanitizante.
•
No deja residuos y/o incrustaciones como dureza de agua.
Modo de acción del detergente sobre una superficie a limpiar Un detergente en general se forma de una sustancia base, más un tensoactivo; el detergente que se recomienda para el CIP Frío debe tener como base el ácido fosfórico; junto a un tensoactivo que puede ser iónico o catiónico; estos tensoactivos se los conocen también como aditivos, cuya función principal es reducir la tensión superficial de la solución de limpieza y que sea inferior a la del agua, que es de 70 DNs, con el objetivo de que, al enjuagar la solución de detergente, se remueva fácilmente con el agua. Este detergente por su acidez posee propiedades sanitizantes, es bajo en espuma, e incluso por su naturaleza ácida actúa bajo atmósferas de dióxido de carbono. A continuación en la Tabla se desglosa la formulación del detergente ácido: FORMULACIÓN DEL DETERGENTE ÁCIDO
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
DETERGENTE ÁCIDO Cantidad Porcentaje Ácido fosfórico 0,2717 kgs. 27.17% Aditivo 0,5934 kgs. 59.34% Agua blanda 0,1348 kgs. 13.48% 1,00 kgs. 100% Al estar compuesto por ácido fosfórico, puede ser monitoreado y controlado por medio de equipos de medición de conductividad. Produce baja espuma, incluso a alta turbulencia y presión, por lo cual es ideal para aplicaciones CIP; no ataca las superficies de acero inoxidable, es de fácil remoción o enjuague y todos sus componentes son biodegradables. El detergente ácido en un sistema de CIP Frío produce grandes beneficios frente a la limpieza alcalina: 1. Los detergentes ácidos solubilizan eficazmente la suciedad de tipo orgánico (grasas, carbohidratos, proteínas, albúminas, etc.) 2. Los ácidos solubilizan los residuos inorgánicos no eliminables por productos alcalinos, como la incrustación de carbonatos de calcio. 3. Los ácidos no reaccionan con el CO2 como sí lo hacen los detergentes alcalinos y la soda cáustica. No se presentan pérdidas de tiempo debidas a la eliminación del CO2 presente en los tanques en el momento del saneamiento. 4. Menores tiempos empleados en el saneamiento. 5. Temperatura de trabajo en frío (temperatura ambiente). 6. Los ácidos se enjuagan y neutralizan fácilmente en el efluente, debido a que la mayoría de los desechos de las empresas embotelladoras son de carácter alcalino, como en las operaciones de lavado de botellas y lubricantes a base de ácidos grasos. 7. Presentan acción biostática protectora. 8. Mayor economía con el re-uso de las soluciones. 9. Sin riesgo toxicológico, sin efecto negativo a la bebida gaseosa. 10. Menor uso de servicios (luz, agua, vapor) y alta biodegradabilidad
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
10. INSTALACION CIP
a) Tanque de agua fría. b) Tanque de agua caliente. c) Tanque de agua de enjuagado. d) Tanque de detergente alcalino. e) Tanque de detergente ácido. f) Tanque de leche de enjuagado. g) Intercambiador de calor de placas de calentamiento. h) Bombas de impulsión del sistema CIP. i) Líneas de impulsión del sistema CIP. j) Líneas de retorno del sistema CIP.
MINIPLANTA C.I.P VENTAJAS DEL SISTEMA CIP
Resultados eficaces y proporcionan seguridad.
Mayor seguridad para el personal.
Reducción de la contaminación
Garantiza la automatización de los procedimientos de limpieza.
Fácil y rápida validación de los procesos de limpieza.
Protección de las recetas mediante contraseñas.
Funcionamiento manual o automático.
Menor consumo de detergentes y aguas.
Reducción de costes en tiempos de limpieza y consumo de energía.
Reducción de costes de mantenimiento.
Incremento de vida útil de los equipos de fabricación.
Posibilidad de trabajar simultáneamente en 2 procesos de limpieza.
Diferentes opciones de volumen en tanques y depósitos.
Calefacción del tanque(s) soluciones detergentes por Vapor /Electricidad /AC.
Opción de adicionar más tanques de preparación soluciones detergentes o desinfectantes.
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
Opción de reutilizar las soluciones detergentes.
FACTORES QUE AFECTAN A LA CALIDAD DE LA LIMPIEZA EN UN OPERATIVO
Tiempo que la superficie está en contacto con la solución de lavado
Acción mecánica que es aplicada a la superficie
Concentración de detergente utilizado
Temperatura a la que se utiliza la solución de lavado
Calidad de agua utilizada en la preparación de soluciones
Personal encargado de la operación de limpieza
Naturaleza de la suciedad a eliminar
Superficie que se va a limpiar
PRECAUCIONES
Deben existir válvulas que impidan la mezcla entre el detergente y el producto.
Flujo de la bomba de lavado adecuado (1,5-3 m/s). En intercambiadores un 50% superior al flujo normal de funcionamiento.
Presión de lavado mínima de 400 kPa (60 psi).
Temperaturas: < 80ºC en lavado alcalino; < 60ºC en lavado ácido.
Control de concentraciones
y estado de limpieza de las soluciones recuperadas.
El circuito no debe poseer puntos muertos.
Comprobar el estado de los diferentes dispositivos.
Las piezas que contactan con los productos deben ser resistentes a la corrosión.
III.
DISEÑO DEL CIP EN UNA PLANTA DE PRODUCTOS LACTEOS
En el ámbito alimentario, por su gran complejidad y responsabilidad social, es necesario no tan solo asegurar buenas prácticas de fabricación sino también una cadena logística integrada la cual permita involucrar con altos estándares de calidad tanto a los 26
DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
proveedores como a los centros de distribución, hasta la información acabada del consumidor final. En esta larga cadena los sistemas de limpieza y desinfección son esenciales. La leche es una materia prima de consumo masivo, por ello se debe su procesamiento buscando alargar su vida útil; por ello se diseñó un CIP para este tipo de planta que se describirá con más detalle a continuación:
CIP PARA PLANTA DE LECHE
INSTALACION CIP
a) Tanque de agua de enjuagado. b) Tanque de reciclaje. c) Tanque de detergente alcalino. d) Tanque de detergente ácido. e) Intercambiador de calor de placas de calentamiento. f) Bombas de impulsión del sistema CIP. g) Líneas de impulsión del sistema CIP. h) Líneas de retorno del sistema CIP.
SISTEMA DE LIMPIEZA
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
CIP INDUSTRIA LECHERA
PRE-ENJUAGUE T°=60°-80 ºC t=45-60 minutos NaOH 25%
LIMPIEZA ALCALINA
ENJUAGUE INTERMEDIO Ácido nítrico y/o ácido fosfórico al 1-2% T°=ambiente t=30 minutos
Agua T°=ambiente t=5-10
DESINFECCION
LIMPIEZA FINAL
Agua T°=80 ºC t=30-40 minutos
LIMPIEZA ACIDA
POST-ENJUAGUE *Agua T°=80°-90°C t=15 minutos *Sanitizante T°=ambiente t=10-15 minutos
Agua T°=20°-25 ºC t=5-10 minutos
Agua fresca de muy buena calidad microbiológica
QUÍMICOS UTILIZADOS EN EL SISTEMA CIP
Quimant 3-dec alcalino clorado. (detergente limpiador, desinfectante)
Quimant l-m (desengrasante alcalino, limpia moldes)
Quimant alfa-omega (desinfectante, bactericida, biocida, sanitizante a base de ácido peracético).
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CALCULOS PARA LAS BOMBA CENTRIFUGAS Potencia eléctrica:
Potencia hidraulica:
𝑷𝒆𝒍𝒆𝒄 = √𝟑𝑽. 𝑰. 𝐜𝐨𝐬 ∅ (W)
𝑷𝒉 = 𝜸. 𝑸. 𝑯 (HP)
Donde:
Donde:
V, en voltios
Q, en m3/s
I, en amperios
H, en m
cos ∅=0.572
γ =9800 N/m3
Altura:
Eficiencia de la bomba: 𝑷
𝑯 = 𝟎. 𝟕𝟎𝟑𝟓𝒙𝑷(𝒎. 𝒄. 𝒂)
𝜼 = 𝟎.𝟕𝑷𝒉
𝒆𝒍𝒆𝒄
CALCULOS PARA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR POR PLACAS
MEDIA DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA LMTD
CANTIDAD DE CALOR TRANSMITIDO
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
Donde:
P=Carga térmica (Kw)
Cp=Calor Específico (Kj/Kg°C)
δT=Diferencia de temperatura entre ingreso y salida de un lado (°C)
DETERMINAR EL ÁREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Donde:
A=área de transferencia de calor (m2)
K=constante transferencia de calor (w/m2°C)
LMTD=media logarítmica de la temperatura (°C)
CALCULOS PARA DETERMINAR EL VOLUMEN DE ACIDO Y ALCALÍ A USAR EN EL CIP 𝑉 1 𝐶1 = 𝑉 2 𝐶2 𝑉1 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑉2 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐶1 = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐶2 = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
Potencia eléctrica: 𝑷𝒆𝒍𝒆𝒄 = √𝟑𝑽. 𝑰. 𝐜𝐨𝐬 ∅ 𝑷𝒆 = √𝟑(𝟑𝟑𝟎𝑽)(𝟏𝟎𝑨)𝟎. 𝟓𝟕𝟐 𝑷𝒆 = 𝟓𝟕𝟏𝟓, 𝟕𝟕 𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔 Potencia hidraulica: 𝑷𝒉 = 𝜸. 𝑸. 𝑯 𝑵 𝒎𝟑 𝑷𝒉 = 𝟗𝟖𝟎𝟎 𝑿 𝟐, 𝟕𝟕 𝑿𝟖𝟏. 𝟓𝟒𝟗𝟒𝒎 𝒎𝟑 𝒉 𝑷𝒉 = 𝟔𝟏𝟒. 𝟗𝟐 𝑯𝑷 Altura: 𝑯 = 𝟎. 𝟕𝟎𝟑𝟓𝒙𝑷(𝒎. 𝒄. 𝒂)
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
𝟖𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 𝟗. 𝟖𝟏𝑿𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑯 = 𝟖𝟏. 𝟓𝟒𝟗𝟒 𝒎 Eficiencia de la bomba: 𝑷𝒉 𝜼= 𝟎. 𝟕𝑷𝒆𝒍𝒆𝒄 𝑯 = 𝟎. 𝟕𝟎𝟑𝟓 𝑿
𝟔𝟏𝟒. 𝟗𝟐 𝑯𝑷 𝟎. 𝟕 (𝟓𝟕𝟏𝟓. 𝟕𝟕𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔) 𝜼 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟑𝟔 CALCULOS PARA DETERMINAR LAS VELOCIDADES DE 𝜼=
LIMPIEZA DE CAÑERIAS Para lograr una limpieza efectiva se hace circular por los equipos e instalaciones durante Estas cuatro variables definen un número adimensional, el número de Reynolds: Re = 4/ • Q / D Donde:
D = diámetro de tubería
Q = caudal
µ = viscosidad dinámica
ρ = densidad del fluido
DISEÑO DE UNA PLANTA COMPLETA DE PASTEURIZACION El ciclo CIP en plantas puede comprender secuencias de pre-enjuagado, limpieza con sosa, enjuagado final, todo controlado automáticamente de acuerdo con un programa pre-establecido de temperaturas y tiempos. El programa CIP se debe optimizar de acuerdo con las diferentes operaciones de las distintas industrias lácteas.
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Fuente: Manual de Industrias Lácteas - Tetrapack
DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
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DISEÑO DE CIP PARA LA INDUSTRIA DE LA LECHE
IV.
CONCLUSIONES:
El sistema CIP es un método de limpieza que se acopla a las necesidades de cada fábrica y de cada proceso; se utiliza en diferentes industrias por su efectividad en la reducción de microorganismos patógenos gracias a los diferentes ácidos y detergentes.
Es totalmente necesario que las soluciones de limpieza pasen por toda la superficie de los equipos de la instalación que están en contacto con el producto, y por tanto, no deben existir recovecos ni bolsillos que resulten inaccesibles.
Se logró realizar el diseño del CIP, calculando parámetros necesarios para el funcionamiento del CIP.
V.
BIBLIOGRAFÍA: http://www.geape.es/gpees/cmsdoc.nsf/WebDoc/webb7rtejh http://www.gea-niro.com.mx/lo-quesuministros/sis_procesamiento_liquidos/CIP.htm http://www.edelflex.com/content/sistema-de-limpieza-cip-cleaning-place http://www.buenastareas.com/ensayos/Sistema-Cip/620431.html http://www.edelflex.com/sites/default/files/articulo_edelflex_cip.pdf KERN D.; Procesos de transferencia de calor; Editorial Continental S.A.; 2004. GAFFERT G.; Centrales de Vapor; Editorial Reverté S.A.; Barcelona; 1981. MORING V.; Termodinámica; EE.UU.; Unión Tipográfica Editorial Hispano Americana; 1972. MATAIX C.; Turbo máquinas térmicas; Editorial Dossat S.A. ; 1973 ; Madrid España. MILIVAL S.A., Proyecto de lavado C.I.P.; Chile; 1996. PAREDES C., Análisis técnico y de costo de red de vapor y sus equipos en empresa Pacel S.A., 2010, Valdivia, Chile
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