BOMBEO Y ENFRIAMIENTO DE LECHE EN FORMA EFICAZ

BOMBEO Y ENFRIAMIENTO DE LECHE EN FORMA
EFICAZ
Artículo elaborado por el Departamento Técnico de SIEM S.R.L.,
(Representante para Argentina de los sistemas de ordeño WAIKATO)
tomando como guía las conclusiones de La Asociación de
Comerciantes de Bombas y Máquinas de Ordeñar de Nueva Zelanda
(New Zealand Milking and Pumping Trade Association)
En 1993, representantes de todos los sectores de la Industria Láctea de
Nueva Zelanda, elaboraron el Código de Prácticas a seguir en los
establecimientos de producción y de industrialización de la leche. En lo
referente al tema específico del bombeo de leche, propusieron distintas
medidas para minimizar el daño provocado en la misma por la presencia de
aire durante ese proceso.
Ellos decidieron una serie de medidas, las que fueron adoptada por todas las
Compañías lácteas y los Productores: "que toda nueva instalación y mejoras
que contemplen el proceso de bombeo de leche, deberán incluir sistemas de
control que eviten los daños ocasionados a la leche por causas mecánicas."
Previo a describir sintéticamente la naturaleza de esos daños, haremos
mención a algunas características de los sistemas de bombeo de leche más
usados en nuestro país.
EL BOMBEO DE LECHE EN UNA MÁQUINA DE ORDEÑO:
En las máquinas de ordeñar actuales, el proceso de bombeo de leche
consiste en extraerla desde un circuito que está con un nivel de vacío que
puede rondar entre los 40 y 50 Kpa, dependiendo del tipo de equipamiento,
hacia un recipiente que está a la presión atmosférica. Durante este recorrido,
la leche debe atravesar el sistema de placas pre-enfriadoras y, obviamente
todo el recorrido de la cañería hasta el tanque de almacenamiento.
Se usan varios sistemas de bombeo, cada uno con sus propias ventajas y
desventajas. Nosotros nos limitaremos solo a los dos más usados en nuestro
país, con bomba a diafragma y con bomba centrífuga sanitaria.
La bomba a diafragma consta, como su nombre lo indica, de un diafragma de
caucho que realiza movimientos alternativos dentro de un espacio, el que es
dividido, justamente por el diafragma, en dos cámaras diferenciadas: una, a
presión atmosférica y la otra en la que se produce la succión e impulsión de
la leche, siguiendo el ritmo de alternancia del diafragma. Esto es
complementado por dos válvulas que abren y cierran permitiendo la
circulación de leche en un solo sentido. Estas bombas son confiables y
sencillas pero de limitada capacidad de bombeo. Cuando se necesita
impulsar grandes caudales, las válvulas se trasforman en elementos de
obstrucción de este caudal, además, tanto las medidas físicas de las partes
constituyentes como la velocidad de los movimientos alternativos para la
acción de bombeo, tienen límites prácticos/económicos.
Por otra parte, últimamente, las exigencias de calidad de la leche, cada vez
más estrictas, hacen que se preste mayor atención a detalles que antes (por
lo menos en nuestro país) no se tenían muy en cuenta. Por ejemplo: los
residuos que se alojan en las pequeñas grietas, que por el uso se generan
en la superficie del caucho y en los rincones en donde los líquidos de lavado
no tienen la efectividad necesaria.
Si tenemos en cuenta que las máquinas modernas, y de cierto tamaño,
requieren disponer de alta capacidad de bombeo debido a la mayor
producción por animal y mayor concentración de animales por rodeo,
además emplean el sistema de lavado por inyección de aire lo que esto hace
necesario el desalojo de gran cantidad de solución de lavado o agua para el
enjuague en corto tiempo, encontramos que la limitación en el caudal de
bombeo (litros/h) hace que este tipo de bomba no sea aconsejable. El uso de
bombas en paralelo, con el objeto de solucionar el problema del caudal,
soluciona algunos de los aspectos pero no otros.
Las bombas centrífugas son de uso muy común en la industria y existe un
amplio rango de medidas o capacidades. El principio de funcionamiento se
basa, como su nombre lo indica, en impulsar el fluido (en el caso que nos
ocupa, la leche) por acción de la fuerza centrífuga que provoca una o varias
paletas girando a alta velocidad dentro de una cámara. El ingreso de la leche
se realiza por el centro de rotación de las paletas y su "expulsión" tiene lugar
tangencialmente al círculo determinado por el diámetro de las paletas
girando. Este sistema se complementa con una válvula que impide el retorno
girando. Este sistema se complementa con una válvula que impide el retorno
de la leche cuando el motor se detiene.
Es importante tener en cuenta que estas bombas deben ser totalmente de
acero inoxidable y además desarmables para permitir su inspección y
limpieza periódica.
Como principio aplicable a todos los sistemas de bombeo de leche, podemos
decir que:
· Los materiales de fabricación de las bombas no deber ser afectados por la
leche.
· Se deben minimizar las partes que puedan alojar residuos difíciles de
remover mediante los procesos normales de limpieza de los equipos de
ordeño.
· Durante el proceso de bombeo no debe haber aire mezclado con la leche.
La mezcla aire/leche sometida a los efectos mecánicos de la bomba produce
efectos negativos (lipólisis) que reducen su calidad.
Muchos equipos de ordeño son diseñados teniendo en cuenta
especialmente este último punto para evitar la entrada de aire a la bomba
como la instalación de chapas deflectoras que evitan la turbulencia que
provoca el chorro de leche ingresante al recibidor y también diseña el largo
mínimo adecuado del tramo recto del caño de entrada a la bomba.
Para entender la influencia de los efectos del proceso de bombear la leche,
brevemente describiremos lo que es la lipólisis: La grasa de la leche se
encuentra en forma de glóbulos cubiertos por una membrana, dentro de esos
glóbulos se liberan ácidos grasos que no actúan negativamente sobre la
calidad de la leche, justamente porque la membrana se lo impide. Esa
membrana se puede destruir por razones mecánicas (lipólisis inducida) y por
otras razones como: nutrición, ciclo de lactación, mastitis etc. (lipólisis
espontánea). Los efectos de la destrucción de la membrana que cubre el
glóbulo de grasa afectan las características organolépticas de la leche,
fenómeno que se aprecia por el sabor rancio que esta adquiere. Por otra
parte, es afectada por la disminución del tiempo de conservación y
disminución de las propiedades para algunos procesos de elaboración.
En este artículo cubre exclusivamente las causas mecánicas que provocan la
lipólisis (inducida), obviando las referencias a la lipólisis espontánea.
La admisión inadecuada de aire por fallas en pezoneras, colectores y
conexiones promueve la formación de espuma difícil de eliminar aún dentro
de la línea de leche y del recibidor (recordemos que la espuma dentro de un
ambiente donde hay un considerable nivel de vacío, es rebelde a eliminarse
espontáneamente).
Se considera que el bombeo de leche en un estado de mezcla leche/aire es
causante del 50 % de la lipólisis inducida, de allí la importancia que adquiere
el tratamiento de la leche en todo su proceso partiendo desde el ordeño.
Es razonable asumir, entonces, que la preocupación se genere desde todos
los sectores afectados (desde el productor hasta usinas lácteas).
CONTROLADORES DE BOMBA DE LECHE:
Durante el proceso de ordeño, la leche es colectada en el recibidor desde el
cuál es bombeada hacia el tanque de frío. La bomba es comandada a partir
de una señal que puede provenir de un flotante o un sistema de electrodos
que detectan el nivel de leche. Hay dos tipos de sistemas de control: 1)
Arranque/Parada (si-no) en el cuál la bomba se pone en funcionamiento
cuando la leche dentro del recibidor alcanza un determinado nivel y se
detiene cuando el nivel baja a otro valor predeterminado. En este sistema la
bomba funciona alternativamente arrancando y parando. Siempre su estado
"si", cuando funciona, lo hace a su máxima velocidad. La ventaja de este
sistema es fundamentalmente su menor costo y sencillez. Las desventajas
son: Al funcionar siempre a la máxima velocidad, aumenta el riesgo de "batir"
la leche y el menor rendimiento obtenido de las placas pre-enfriadoras ..
Otro sistema de control se basa en modificar la velocidad de la bomba en
función de la cantidad de leche existente en el recibidor, de esa manera, la
bomba, sin dejar de funcionar, varía su velocidad continuamente la que
siempre es menor que la nominal. Si lo comparamos con respecto al control
"si-no", las desventajas se minimizan debido al aumento tecnológico de los
sistemas de control de velocidad y la notable reducción de costos que se
operaron en ellos. Además la complejidad del sistema en comparación al
control si-no, actualmente también es minimizada por la alta confiabilidad
que han adquirido estos productos. Como ventajas se pueden mencionar las
siguientes: Al ser la velocidad de bombeo sustancialmente menor que la
nominal, el efecto "batido" se reduce, reducción del consumo de energía
eléctrica asociado al menor funcionamiento del equipo de frío del tanque ya
que el control de la bomba de leche logra un óptimo aprovechamiento de las
placas de pre-enfriamiento, tema que abordaremos seguidamente.
REFRESCADO DE LA LECHE (Pre-enfriado)
Es conocido el hecho de que "refrescar la leche" desde los 35-36 ºC,
temperatura aproximada en que se encuentra luego de ser extraída de la
vaca, a una temperatura solamente 3 grados por encima de la temperatura
del agua disponible, mediante la utilización de placas intercambiadoras de
calor, constituye una de las maneras más económicas y rápidas dentro de las
instalaciones de un tambo. Existen diversos diseños de intercambiadores de
calor y la elección del mismo no debe subestimarse ya que de ello depende
el rendimiento del equipo de frío. Sí las placas de frío (nombre conque se
conocen comúnmente en nuestro ámbito) no cumplen adecuadamente su
propósito (ya sea por mala elección o por no reunir estas las condiciones de
calidad y eficiencia) el equipo de frío deberá suplir, trabajando una mayor
porción de tiempo, dichas deficiencias.
Las consideraciones referidas a detalles de las placas de frío, son extensas y
merecen un análisis particular el que dejaremos para otra oportunidad. Solo
consideraremos, en este artículo, aspectos interrelacionados con el proceso
de bombeo de la leche. Como datos ilustrativos que nos ayudarán a
comprender mejor esta interrelación, diremos que una "placa de frío" de buen
rendimiento, tiene una relación agua-leche que varía entre 2:1 y 3:1 (es decir,
2 ó 3 partes de agua a una parte de leche). Mientras mayor es la proporción
de agua, más se va a acercar la temperatura de salida de la leche a la
temperatura del agua de entrada.
A continuación presentamos un cuadro en el que se aprecia el porcentaje
de energía ahorrada en el equipo de frío, por la utilización de
intercambiadores de calor "a placas". Mediciones realizadas sobre en la
misma instalación y variando la temperatura del agua de pre-enfriamiento.
Temperatura de entrada al tanque enfriador (temp.
35ºC35ºC35ºC35ºC
de referencia)
Idem, utilizando intercambiadores de calor
10ºC15ºC20ºC25ºC
Porcentaje de ahorro de energía por la utilización
75% 60% 40% 25%
de placas de frío
Es necesario destacar un aspecto importante cuando nos referimos al "mayor
rendimiento" en el proceso de pre-enfriado. Partiendo de la base que es
necesaria la correcta elección de la placa, en lo que se refiere a la calidad,
dimensionamiento e instalación, no debemos soslayar la importancia que
adquiere el uso durante el proceso de ordeño durante dos veces al día y
todos los días de año. En este artículo, nos limitamos solamente a la relación
entre el bombeo de leche y el rendimiento de la placa de frío. En un control
de bomba "si-no", por la placa hay circulación de leche solamente cuando la
bomba está en marcha pero siempre circula agua. Esto hace que se derroche
agua y además, cuando la leche circula, lo hace a alta velocidad dificultando
la transferencia de calor. Cuando se selecciona una placa, el parámetro a
tener en cuenta es el caudal (litros/hora), por ejemplo un sistema
intercambiador de 18 placas y de buena calidad, tiene una capacidad de
refrescado de 900 litros por hora. Este dato, proporcionado por el fabricante
de placas no es caprichoso ni se refiere a la cantidad de leche que puede ser
"forzada a circular por ella sino a los litros de leche que deben circular para
obtener el mayor rendimiento. Ahora bien, si la circulación se completa, como
es de suponer, durante el tiempo de ordeño, pero además la bomba de leche
tiene un control "si-no", en realidad el tiempo para determinar el caudal es
alrededor de un 30% menos de lo que dura el ordeño. Por consiguiente, la
placa que supuestamente seleccionamos para 900 litros/hora debería tener
un caudal 630 litros/hora. Pero como el tiempo de ordeño normalmente se
considera fijo (para similares condiciones), concluimos que, por la placa hay
una "sobrecarga" del 30% de caudal durante el 70% del tiempo de ordeño.
Durante el 30% del tiempo restante, la placa no tiene "carga" de caudal.
Con un control de velocidad para la bomba de leche, esta dificultad se
minimiza notablemente ya que la circulación de leche por la placa se procura
sea constante (naturalmente teniendo en cuenta la curva produción-tiempo
de la vaca durante el ordeño pero esto también afecta al control si-no).
Destacamos como ventajas principales, las siguientes: Ahorro de agua para
el pre-enfriado, no es necesario sobredimensionar la placa de frío, ahorro
importante de energía eléctrica por el menor tiempo de funcionamiento
funcionamiento del equipo de frío.
En la siguiente tabla podemos apreciar las distintas potencias necesarias
para el enfriamiento de la leche, 4ºC dentro del tanque, en función de la
temperatura de la leche que ingresa al mismo
POTENCIA NECESARIA DEL EQUIPO DE FRÍO PARA ENFRIAR EL
CONTENIDO DEL TANQUE
KW
Vol.
leche
4000
5000
6000
1,5
2,25
3
3,75
4,5
5,25
6
Máxima temperatura de salida de la leche desde el
sistema de placas (ºC)
14
20
23
27
30
16
19
22
24
25
26
16
18
20
21
22