Urrutia_Carvajal - Universidad del Cauca

PROYECTO DE AUTOMATIZACION DE YOGURT CASERO
Mauricio Urrutia, Andrea Carvajal.
Universidad del Cauca, Facultad d Ingeniería Automática.
[email protected], [email protected].
Resumen: Uno de los principales aspectos importantes a tener en cuenta sobre la competitividad en el
campo industrial es el grado de automatización que la fabrica en estudio presente con respecto a sus
contrapartes o competencias. Este artículo presenta el diseño para automatizar el proceso de producción
de yogurt el cual es llevado a cabo de manera artesanal en una microempresa local, ubicada en el barrio
Los Naranjos. Igualmente mostramos los pasos para llevar a cabo este diseño tales como: la
identificación de cada uno de los pasos para la elaboración del yogurt, los costos implicados en el proceso
y el respectivo estudio para optimizar el proceso con la implementación de equipos que ayuden en el
proceso y mejoren el producto final
Palabras claves: homogenización, pasteurización, marmita, refrigerador.
1.
INTRODUCCION
La automatización es un aspecto muy importante
en el nivel competitivo de una empresa, puesto
que la tendencia y las exigencias de los
consumidores finales, o clientes obligan a las
mismas a mejorar cada día mas sus productos,
y para lograrlo, deben hacer uso de tecnologías
que estén a la vanguardia deacuerdo a sus
necesidades. De esta manera se refleja el carácter
competitivo de las mismas, y el grado de
competencia que posean respecto de las demás.
Sin duda alguna el campo de la automatización
abarca muchos aspectos de estudio, como por
ejemplo el estudio de operaciones en un
determinado proceso, tratando de eliminar al
máximo
operaciones
innecesarias,
el
mejoramiento de tiempos de producción, la
adecuada instrumentación para contribuir en la
mejora del proceso, y la integración general de
toda la empresa con respecto a la comunicación
de información, partiendo de los niveles
inferiores de producción hasta los niveles
gerenciales.
El desarrollo de este proyecto presenta el diseño y
la viabilidad de una adecuada instrumentación
industrial en el proceso de producción del yogurt;
esto sin duda alguna pone a la empresa unos
cuantos escalones arriba en la eficiencia
productiva respecto de sus posibles competencias.
1.1 Identificación del proyecto
La producción de yogurt casero es un método
sencillo y aplicable en el hogar para la elaboración
de yogur en pequeña escala a partir de leche
entera, por fermentación provocada por el
Streptococcus thermophilus y Lactobacillus
bulgaricum. Al introducir microorganismos
específicos en la leche para su trasformación en
yogur, estos elementos fermentadores enriquecen
las propiedades de la leche; El yogur refrigerado
a temperatura de 4 a 5 °C puede durar hasta una
semana, sin sufrir alteraciones en sus
características físicas y sensoriales (sabor y
textura). Para preservar su durabilidad se debe ser
cuidadoso en la manipulación del producto
elaborado; puede consumirse de forma natural o
emplearse en algunas recetas para la elaboración
de postres, ensaladas, sopas y otros.
El yogur casero puede ser una alternativa para
suplir su déficit en la red comercial, razón por la
cual se planteo este proyecto, en el cual se busca
reemplazar algunas actividades que obedecen al
control manual, por medio de dispositivos tales
como sensores de temperatura, presión, medidores
de la acidez en el yogurt, indicadores de las
variables que se manejan en el proceso tales como
Ph, densidad, etc. estos dispositivos van a facilitar
un mejor control sobre el proceso, y por
consiguiente una minimización respecto de las
variaciones presentes en los estándares existentes
para el proceso.
1.2
Identificación del problema
La producción de yogurt es un proceso que
requiere un grado de control de tal manera que el
producto final sea de buena calidad y alcance las
características deseadas. En la actualidad el
control que se hace sobre esta producción es
relativamente
sencillo
donde
no
existe
intervención alguna de maquinaria si no, más bien
el control es netamente manual.
En consecuencia, resulta ineficiente e inadecuada
esta clase de producción en una empresa que está
en etapa de crecimiento y con tendencia a
aumentar su producción.
Otro aspecto importante a mencionar, es que en
el proceso no existen estándares de tiempos de
producción definidos, una adecuada distribución
de planta, una actualización en la instrumentación
necesaria para
las diferentes operaciones de
control presentes en el proceso; en consecuencia
se obliga a los operarios a realizar las tareas de
forma manual y repetitiva.
1.3 El por que del proyecto
En el transcurso de la producción se hacen
pruebas de calidad las cuales consisten en:

Prueba de PH, el cual se hace de una
manera simple donde se prueba el
producto y se define si tiene el sabor que
se desea obtener.

Medición de temperatura, el cual se
realiza por medio de un termómetro para
monitorear la contextura deseada.

Recepción de la leche: control de calidad
(pureza, apariencia, olor, sabor).
Los ítems anteriormente presentados necesitan un
proceso de control, para la obtención de un buen
producto y tener un buen manejo en la planta.
El problema radica en que actualmente la planta
de producción no cuenta con un buen manejo y
tratamiento de estos parámetros de producción.
Es por esto que el proyecto esta pensado para una
optimización de la producción y de esta forma
obtener un mayor desarrollo tecnológico, una
producción a gran escala y mejor calidad del
yogur, ya que con el método antiguo no se podría
cumplir con los pedidos necesarios. Y con un
buen estándar de calidad.
2. MARCO TEORICO
Las actividades presentes en el proceso son:
Pasteurización: proceso de calentamiento de
un líquido, en particular de la leche, hasta una
temperatura que oscila entre 55 y 70 °C para
destruir las bacterias perjudiciales, sin
producir
cambios
materiales
en
la
composición, en el sabor, o en el valor
nutritivo del líquido. El proceso se llama así
en honor del químico francés Louis Pasteur,
quien lo ideó en 1865 con el fin de inhibir la
fermentación del vino y de la leche. La leche
se pasteuriza al calentarla a 63 °C durante 30
minutos, luego se enfría con rapidez, y se
envasa a una temperatura de 10 °C. La
cerveza y el vino se pasteurizan al ser
calentados a unos 60 °C durante unos 20
minutos; también se hace, según un método
más reciente, calentando a 70 °C durante 30
segundos y envasando en condiciones
estériles.
Homogeneización: tratamiento que se aplica a la
leche para impedir que las grasas de la nata se
separen
del
resto
del
producto.
La
homogeneización se realiza antes o después del
proceso de pasteurización, el proceso consiste en
el paso de la leche a presión a través de distintas
rendijas muy finas a una temperatura que oscila
entre 55 y 65 °C, bajo una presión de 150 a 200
atmósferas.
Refrigeración: proceso por el que se reduce la
temperatura de un espacio determinado y se
mantiene esta temperatura baja con el fin, por
ejemplo, de enfriar alimentos, conservar
determinadas sustancias o conseguir un ambiente
agradable. El almacenamiento refrigerado de
alimentos
perecederos,
pieles,
productos
farmacéuticos y otros se conoce como
almacenamiento en frío. La refrigeración evita el
crecimiento de bacterias e impide algunas
reacciones químicas no deseadas que pueden
tener lugar a temperatura ambiente.
3.
DESCPIPCION DEL PROCESO
A continuación se presentan los pasos necesarios
para la obtención del yogurt casero para una
producción de 50 litros semanales.
1.
Mezclar: la leche con el azúcar.
2.
Calentar: la leche a 85 ºC durante 15 min.
3.
Ajustar: a 44ºC.
4.
Adicionar: el sobre de cultivo fermelac
deacuerdo con la dosis indicada en el
sobre.
5.
Agitar: vigorosamente hasta que quede
bien disuelto.
6.
Mantener la temperatura a 44ºC, durante
4 o 5 horas aproximadamente hasta que
alcance la textura y llegue a una acides
de 55º dornic.
7.
Enfriar el producto a 4ºC durante 12
horas.
8.
Adicionar saborizante, pulpa de fruta,
colorante y delvocid como conservante.
9. Llenar: tarros (1 y 2 lts).
10. Almacenar: en refrigeradores
3. diseño
Para este diseño se plantea el desarrollo del
proceso de forma industrial, haciendo uso de la
instrumentación y equipos necesarios tales como:
homogenizador,
pasteurizador,
tanque
de
enfriamiento refrigerador, llenadora de tarros o
bolsas, y marmita de para llevar a cabo el
cometido.
Es importante recalcar que el proceso se realiza de
forma secuencial y por consiguiente se plantea un
nuevo diseño de la distribución de la planta. Ver
anexo Nº1
3.1 Descripción del proceso industrial
La leche entera, puede ser utilizada para producir
yogurt.
1.
La leche es bombeada a un tanque de
almacenamiento. Luego es bombeada a través de
un filtro hacia el clarificador que va a utilizar una
fuerza centrífuga para obtener algunas impurezas
insolubles en la leche.
2. Luego la leche es pasteurizada y desinfectada
en un sistema de pasteurización de temperaturas
muy altas (UHT) el cual además disminuye el
crecimiento de las bacterias de ácido láctico a un
nivel aceptable .
3. Los cultivos de steptococus termofílica y el
lactobacilo bulgaris, que crecen en un ambiente
controlado son injertados dentro de la leche
esterilizada y luego pasan a los tanques de
fermentación donde son fermentados a una
temperatura de 40°C por 30 horas.
3.3 Aspecto económico:
Luego de seleccionar los equipos adecuados para
aumentar la producción de yogurt y de establecer,
deacuerdo a las características técnicas que estos
nos ofrecen, un volumen de producción de 400 lts
diarios, se estiman una serie de costos y utilidades
a alcanzar. Ver anexo Nº2
3.4 Elaboración de cálculos:
3.4.1 Cálculos eléctricos.
Para cada equipo e instrumento eléctrico de la
planta se ha hallado su respectiva potencia y
corriente para obtener los datos necesarios a la
hora del montaje de la planta. Ver anexo Nº 3
3.4.2 Diagrama unifilar
4.
Saborizantes y algunos aditivos son
mezclados y esterilizados en un sistema de
esterilización de altas temperaturas y corto tiempo
(HTST).
5.
El yogurt fermentado y los aditivos
esterilizados son mezclados y homogenizados.
6. Finalmente, el yogurt es colocado bolsas por
una máquina rellenadora.
7. Las bolsas de yogurt son empaquetados en
cajas y colocados en el almacén de refrigeración.
Para una mayor comprensión del proceso Ver
anexo Nº4
3.2 Aspectos técnicos en el diseño:
se a optado por seleccionar para el diseño de la
planta los siguientes equipos:
El pasteurizador tipo A, la marmita de 50 galones,
el homogenizador meganizener ref.M-010-3D.35,
selladora de bolsa modelo 22-N y selladora de
tarros, tanque de refrigeración ref. Tl.502/2
capacidad de 500 lts.
Las graficas y fichas técnicas de cada uno de los
equipos se encuentran en el anexo Nº5
En la anterior grafica se indica la fuente de
alimentación de carga, el diámetro del conductor
de la acometida así como también el tipo de
conductor, y los números indican el circuito
respectivo. Ver tabla Nº 10
Tabla Nº 10
Circuitos
Descripción
circuitos
1
Alumbrado (oficina)
6
2
Alumbrado
(z. producción)
7
3
Alumbrado(z.descarga)
8
4
5
Tomas (oficina)
Tomas (z. descarga)
9
10
Descripción
Tomas (z.
producción)
Motor
(selladora)
Motor
(tanq.
enfriamiento)
Marmita
Homogenizador
4. RESULTADOS
Después de haber planteado el problema en
estudio y plantear un diseño para solucionar en
parte el mismo, se propone llevar a cabo la
implementación de acuerdo al estudio realizado,
es importante recalcar que si se tiene el sistema
funcionando, no solo los índices de producción
aumentarían considerablemente sino que también
los estándares de calidad
Adicionalmente, la inversión que se realiza es
considerablemente alta pero con el paso del
tiempo, se lograra obtener importantes resultados
que permitirán a la empresa ser mucho mas
eficientes en cuanto al factor producción, también
a futuro se puede pensar en la integración general
de la empresa en cuanto a flujos de información
del sistema , lo que resultara valioso para medir
características de desempeño y de capacidad de
los equipos. Con base en lo anterior, se logra
demostrar que el desarrollo de esta aplicación
cumple con los objetivos o metas previstas de
ganar eficiencia y reducir costos a través de la
implementación de un proceso de automatización.
5. CONCLUCIONES

Las comparaciones tanto administrativas
como tecnológicas son buenos métodos
para definir si el proceso y los equipos
que se propusieron son los más aptos
tanto económicamente como de idóneos
para este tipo de procesos.

Ya planteada la alternativa de solución de
automatización se demostró que la
eficiencia de la nueva planta va ser
mucho mejor, por que no se va a sobre
utilizar los equipos y de la eficiencia de
50% pasara a un 90%.

Con la automatización de la producción
de yogurt se logra optimizar los
recursos
disponibles,
mayor
confiabilidad y seguridad del proceso
controlado,
mejorar la calidad de
producción

Aunque el proceso reviste mejoras y
beneficios
significativos
su
implementación inicial es costosa,
aspecto que debe analizarse muy bien en
el momento de la planeación
6. BIBLIOGRAFIA
http://www.interenzimas.com
http://www.agrosuni.com/cuajo yogurt.htm
http://www.mundohelado.com/materiasprima
s/laleche-conservacion-01.htm
http://www.Crandall International.htm
http://www.Lantech Mexico.com
http://www.hergo.com
Elaboración de productos lácteos. Manuales
para educación agropecuaria. Delea. Benito
Juárez. Editorial Trillas S.A. 1982
ANEXOS
Anexo Nº1
Distribución de planta
Instalaciones eléctricas respectivas
Anexo Nº2
Tabla Nº6 costos respecto a una producción diaria de 400 lts y mensual de 1.000 lts de yogurt.
TABLA Nº 6
materia
prima
(para 400 Lts)
leche 400 Lts
Azúcar
Cultivo
Saborizantes (6)
Colorantes (6)
Frutas
Tarros
Pipa de gas
Energía
Agua
Teléfono
Mano de obra
Transporte
Total
(producción día)
Total
(producción mes)
Costos
(400litros) $
300.000
52.800
44.800
24.000 c/u
24.000 c/u
24.000
232.000
192.000
32.000
72.000
20.000
80.000 (día)
25.600
Costos
por litro $
750
132
112
50
50
150
483
20
3
7.5
2.5
320
34
1`123.200
2144
28`080.000
53.600
Tabla Nº7 las utilidades perseguidas para una producción mensual de 1.000 lts, donde el costo estimado por
litro equivale a 3.500 pesos en el mercado
TABLA Nº7
Costos de producción mensual
Costos de
mantenimiento
Ingresos
Utilidades
28`080.000
17500
35`000.000
6`902.500
Tabla Nº 8 inversión necesaria para obtener los equipos propuestos
TABLA Nº8
Equipos
seleccionados
pasteurizador
marmita
Homogenizador
selladora
Tanque de
enfriamiento
Capacidad de
producción
500 lts
200 lts
30.000lts/h
2.000 cc
500 lts
total
Precio (peso
colombiano)
18`000.000
14`770.000
15`520.000
13`900.000
4`780.000
66`970.000
Anexo Nº3
Tabla Nº9. Cálculos para la carga eléctrica
Circuit
o
Descripción
Fase
Amperios
Potencia
A
Voltaje
Voltios
Protecció
n
Breakers
B
1
Alumbrado
(oficina)
40w *4
(160w)
2
Alumbrado
(z.
producción)
40w*9
(360w)
0.33
120
1x15Am
40w*4
(160w)
0.33
120
1x15Am
400w
0.83
120
1x15Am
3
4
5
6
7
8
9
10
Alumbrado
(z.descarga)
Tomas
(oficina)
Tomas (z.
descarga)
Tomas (z.
producción)
Motor
(selladora)
Motor
(tanq.
enfriamiento)
Marmita
Homogenizad
or
Total
Corriente
0.33
120
1x15Am
400w
0.83
120
1x15Am
400w
0.83
120
1x15Am
220
2x20 Am
220
2x15 Am
746w
3.39
3.39
746w
3.39
3.39
741w
3.36
3.36
220
2x15 Am
3730w
17
17
220
2x30Am
29.13A
30.12A
Anexo Nº4
Diagrama de flujo para una producción industrial.
Anexo Nº5
Características del homogenizador (dimensiones y parámetros de operación)
Pasteurizador
Selladora
Tanque de enfriamiento