{"id":2073,"date":"2021-04-16T12:30:08","date_gmt":"2021-04-16T15:30:08","guid":{"rendered":"https:\/\/thermtest.com\/latinamerica\/?p=2073"},"modified":"2024-09-16T13:17:47","modified_gmt":"2024-09-16T13:17:47","slug":"aplicaciones-de-intercambiadores-de-calor-en-la-industria-lactea","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/thermtest.com\/latinamerica\/aplicaciones-de-intercambiadores-de-calor-en-la-industria-lactea","title":{"rendered":"Aplicaciones de intercambiadores de calor en la industria l\u00e1ctea"},"content":{"rendered":"\t\t
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Los usos y la importancia de los intercambiadores de calor para los procesos comunes de procesamiento de productos l\u00e1cteos.<\/p><\/blockquote>

Introducci\u00f3n<\/h2>

Los intercambiadores de calor representan un aspecto fundamental del procesamiento de los productos l\u00e1cteos y los productores conf\u00edan ampliamente en ellos para garantizar que sus productos l\u00e1cteos cumplan con los est\u00e1ndares de la industria y sean seguros para el consumo. La leche l\u00edquida es un fluido relativamente estable que presenta pocos desaf\u00edos en t\u00e9rminos de manipulaci\u00f3n y procesamiento. Debido a la capacidad de la leche para regular su temperatura f\u00e1cilmente, la mayor\u00eda de las empresas l\u00e1cteas utilizan intercambiadores de calor de placas simples para realizar tareas como la pasteurizaci\u00f3n, la esterilizaci\u00f3n y otras operaciones de procesamiento de alimentos. A pesar de la f\u00e1cil manipulaci\u00f3n de la leche l\u00edquida, otros productos l\u00e1cteos, como el yogur, la mantequilla, la cuajada y el queso, requieren diferentes temperaturas de procesamiento y almacenamiento. Si se manipulan de forma inadecuada, sus par\u00e1metros principales pueden verse afectados por los procedimientos de rutina. Por lo tanto, es importante que las empresas que procesan productos l\u00e1cteos seleccionen el intercambiador de calor que mejor se adapte al tipo de producto que elaboran. Algunos par\u00e1metros importantes a tener en cuenta al seleccionar un intercambiador de calor son la textura del producto, la viscosidad, el tama\u00f1o de las part\u00edculas y su comportamiento durante la producci\u00f3n y el procesamiento de rutina<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Embotellado\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 1:<\/b> Embotellado est\u00e1ndar en una planta procesadora de l\u00e1cteos.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\u00bfPor qu\u00e9 es necesario calentar los productos l\u00e1cteos?<\/h2>

Antes de que se introdujera el tratamiento t\u00e9rmico como pr\u00e1ctica com\u00fan para el procesamiento de productos l\u00e1cteos, la mayor\u00eda de los productos l\u00e1cteos se consideraban una fuente potencial de infecci\u00f3n porque son un medio de crecimiento ideal para muchos microorganismos que pueden causar enfermedades nocivas como la tuberculosis y el tifus. Se llevaron a cabo varias investigaciones para determinar un tratamiento que pod\u00eda utilizarse para hacer que la leche sea m\u00e1s segura para el consumo. No fue hasta mediados del siglo XIX que finalmente se descubri\u00f3 una soluci\u00f3n a este problema. La pasteurizaci\u00f3n es un t\u00e9rmino acu\u00f1ado por Louis Pasteur, quien estudi\u00f3 los efectos del calor en los microorganismos que se encuentran en los productos l\u00e1cteos. Sus hallazgos lo llevaron a proponer el uso del calor como t\u00e9cnica para la conservaci\u00f3n y el tratamiento. Todos los organismos pat\u00f3genos comunes que probablemente se encuentran en la leche son destruidos mediante un tratamiento t\u00e9rmico relativamente leve, lo que hace que el producto sea as\u00e9ptico y solo afecte ligeramente las propiedades f\u00edsicas y qu\u00edmicas de la leche.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Microorganismo\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 2:<\/b> Microorganismo que causa la enfermedad extremadamente da\u00f1ina conocida como tuberculosis.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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El organismo m\u00e1s resistente que se puede encontrar en los productos l\u00e1cteos es el bacilo tuberculoso, que muere cuando la leche se calienta a 63 \u00b0C durante 10 minutos. Se puede suponer una seguridad completa cuando la leche se calienta a esta temperatura como m\u00ednimo, pero durante 30 minutos en lugar de 10. Debido a su persistencia, el bacilo tuberculoso se considera el organismo \u00edndice para la pasteurizaci\u00f3n, es decir, cualquier tratamiento que lo destruya es capaz de destruir otros pat\u00f3genos presentes en la leche.<\/p>

Efectos de las altas temperaturas sobre los productos l\u00e1cteos<\/h2>

El procesamiento a temperatura ultra alta (UHT) es aconsejable desde el punto de vista microbiol\u00f3gico; sin embargo, exponer los productos l\u00e1cteos a estas altas temperaturas tambi\u00e9n implica poner en riesgo la apariencia, el sabor y el valor nutricional de la leche. Las prote\u00ednas de la leche se desnaturalizan a altas temperaturas, lo que hace que la propiedad de elaboraci\u00f3n del queso que posee la leche se vea dr\u00e1sticamente afectada por el intenso calor. La temperatura ultra alta (UHT) tambi\u00e9n puede afectar dr\u00e1sticamente la calidad y el sabor del producto l\u00e1cteo, que es otra raz\u00f3n por la que es extremadamente importante seleccionar una combinaci\u00f3n ideal de tiempo; una elecci\u00f3n que debe considerar tanto los efectos microbiol\u00f3gicos como los aspectos de calidad del producto.<\/p>

Transferencia de calor en productos l\u00e1cteos<\/h2>

La capacidad de controlar la temperatura del producto l\u00e1cteo en todas las etapas de procesamiento es uno de los aspectos m\u00e1s importantes para garantizar la calidad del producto en la industria l\u00e1ctea. El agua caliente y el vapor a baja presi\u00f3n son los dos medios de calentamiento m\u00e1s utilizados. Se transfiere una cantidad espec\u00edfica de calor del medio de calentamiento al producto l\u00e1cteo, de modo que la temperatura de la leche aumenta y la temperatura del medio de calentamiento disminuye en consecuencia. Estas dos sustancias deben exhibir una diferencia de temperatura considerable para transferir calor de manera efectiva. El calor fluir\u00e1 desde la sustancia m\u00e1s caliente hacia la m\u00e1s fr\u00eda y, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, m\u00e1s r\u00e1pido circular\u00e1 el flujo de calor. La tasa de transferencia comienza a disminuir a medida que las dos sustancias se acercan a un valor de equilibrio. El calor se puede transferir de tres formas: conducci\u00f3n, convecci\u00f3n o radiaci\u00f3n. La conducci\u00f3n y la convecci\u00f3n son los dos m\u00e9todos m\u00e1s comunes utilizados por un intercambiador de calor para regular la temperatura de una sustancia. En un intercambiador de calor de placas, se coloca un tabique entre el producto (leche) y el medio de calentamiento o enfriamiento (agua). El tabique se calienta en el lado del medio y se enfr\u00eda en el lado del producto. Se dispone una capa superficial de cada lado del tabique a la que se transfiere el calor por conducci\u00f3n y convecci\u00f3n. Una vez que los l\u00edquidos comienzan a acercarse a la capa superficial, su velocidad disminuye a casi cero, por lo que pueden transferir calor de manera efectiva a trav\u00e9s del tabique. Este proceso contin\u00faa hasta que la tasa de transferencia de calor comienza a disminuir a medida que las dos sustancias se acercan a una temperatura de equilibrio.<\/p>

Calentamiento y enfriamiento regenerativo<\/h2>

La mayor\u00eda de los productores de l\u00e1cteos utilizan un proceso conocido como calentamiento y enfriamiento regenerativo para regular la temperatura de sus productos l\u00e1cteos. En muchos casos, un producto debe calentarse para ciertos tratamientos y luego enfriarse. Un ejemplo de este tipo de tratamiento t\u00e9rmico es la pasteurizaci\u00f3n. Durante la pasteurizaci\u00f3n, la leche fr\u00eda se calienta, pasando de 4 \u00b0C a 72 \u00b0C aproximadamente, y se mantiene a esta temperatura durante 15 segundos; luego se enfr\u00eda a 4 \u00b0C nuevamente. El calor de la leche pasteurizada se reutiliza, emple\u00e1ndose para calentar la leche fr\u00eda que ingresa subsiguientemente. La leche fr\u00eda se calienta con la alta temperatura de la leche caliente que ha salido que, a su vez, se enfr\u00eda simult\u00e1neamente. Este proceso ahorra energ\u00eda de calentamiento y enfriamiento, lo que tambi\u00e9n har\u00e1 que la empresa ahorre m\u00e1s dinero. Para evitar el crecimiento de microorganismos, la leche debe enfriarse a una temperatura inferior a 5 \u00b0C antes y despu\u00e9s de la pasteurizaci\u00f3n. Estos procesos ocurren en un intercambiador de calor y se denominan intercambio de calor regenerativo o, m\u00e1s com\u00fanmente, recuperaci\u00f3n de calor. Se puede reciclar hasta el 94-95 % del contenido de calor de la leche pasteurizada.<\/p>

Intercambiadores de calor de placas<\/h2>

Los intercambiadores de calor de placas son el m\u00e9todo m\u00e1s com\u00fan y eficiente de transferencia de calor dise\u00f1ado espec\u00edficamente para productos fluidos. En t\u00e9rminos generales, un intercambiador de calor se compone de m\u00faltiples placas de metal instaladas dentro de un bastidor. El fluido circula a trav\u00e9s de estas placas permitiendo que el calor se transfiera del lado caliente al lado fr\u00edo del intercambiador. Estos fluidos deben pasar a trav\u00e9s de las placas a una velocidad espec\u00edfica para transferir el calor de manera efectiva y al mismo tiempo controlar la presi\u00f3n de la sustancia. Los intercambiadores de calor bien dise\u00f1ados deben abordar tres desaf\u00edos principales a los que se enfrentan la mayor\u00eda de las empresas l\u00e1cteas cuando se trata del procesamiento de la leche. Estos desaf\u00edos incluyen maximizar los tiempos de ejecuci\u00f3n, promover la facilidad de limpieza y mantenerse al d\u00eda con las tendencias alimentarias en constante cambio.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Intercambiador\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 3: <\/b>Intercambiador de calor que se emplea generalmente para el procesamiento de l\u00e1cteos.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Par\u00e1metros de dise\u00f1o de un intercambiador de calor<\/h2>

Se deben considerar par\u00e1metros como las propiedades f\u00edsicas de los fluidos, la velocidad de flujo, la ca\u00edda de presi\u00f3n y las necesidades de limpieza al dise\u00f1ar y calcular el tama\u00f1o de un intercambiador de calor.<\/p>

Cada vez que se enfr\u00eda o calienta un fluido, el flujo resultante puede ser laminar o turbulento o puede convertirse de uno al otro, mientras que es posible que la circulaci\u00f3n del flujo se produzca por una convecci\u00f3n forzada o natural. Tambi\u00e9n existen diferentes direcciones de circulaci\u00f3n de los fluidos, como paralelo, perpendicular o en \u00e1ngulo a la superficie de calentamiento.<\/p>

Para el c\u00e1lculo de la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor, es muy importante conocer la diferencia de temperatura media logar\u00edtmica (LMTD en ingl\u00e9s), que es la diferencia de temperatura de los fluidos fr\u00edos y calientes entre la entrada y la salida del intercambiador de calor. Como regla general, los ingenieros saben que cuanto mayor es la diferencia, menor es el tama\u00f1o del intercambiador de calor porque se transfiere una mayor cantidad de calor. Excepto en el caso de productos termosensibles, donde existen limitaciones en la diferencia de temperatura.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 4:<\/b> Ejemplo del perfil de temperatura de la transferencia de calor en un intercambiador de calor.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Para un intercambiador de calor A, la ecuaci\u00f3n de transferencia de calor es:<\/p>

Q <\/em><\/strong>= U<\/em> <\/strong>\u00b7 A<\/em><\/strong> \u00b7 LMTD <\/strong>= V<\/em><\/strong> \u00b7 \u03c1<\/em> <\/strong>\u00b7 Cp<\/sub><\/em> <\/strong>\u00b7 \u0394T<\/em><\/strong><\/p>

donde<\/p>

Q<\/em> = velocidad de flujo de calor<\/p>

A<\/em> = superficie de flujo de calor<\/p>

U<\/em> = cociente general de transferencia de calor (dependiendo de la conductividad t\u00e9rmica del fluido de transferencia de calor y del producto)<\/p>

LMTD = diferencia de temperatura media logar\u00edtmica [K] =<\/p>

V<\/em> = velocidad de flujo del fluido<\/p>

\u03c1<\/em> = densidad del fluido<\/p>

Cp<\/sub><\/em> = calor espec\u00edfico del fluido<\/p>

\u0394\u03a4<\/em> = diferencia de temperatura entre la entrada y la salida<\/p>

Como se muestra en la ecuaci\u00f3n, las propiedades del fluido como la conductividad t\u00e9rmica, el calor espec\u00edfico, la viscosidad y la densidad son par\u00e1metros importantes para el c\u00e1lculo de la transferencia de calor.<\/p>

El conocimiento preciso de las propiedades t\u00e9rmicas de los fluidos es crucial para el dise\u00f1o de un intercambiador de calor. Se puede mejorar su eficiencia, se pueden eliminar los accidentes con riesgo para la salud, evitar el desgaste del intercambiador de calor y reducir los costos de limpieza, lo que resulta en menores costos de construcci\u00f3n y operaci\u00f3n para la empresa y el producto final.<\/p>

Conclusi\u00f3n<\/h2>

Los intercambiadores de calor se han convertido en un componente cr\u00edtico del procesamiento de l\u00e1cteos y, sin ellos, muchos productos l\u00e1cteos se considerar\u00edan inseguros para el consumo debido al crecimiento de microorganismos da\u00f1inos. Los intercambiadores de calor se utilizan en m\u00faltiples procesos de tratamiento, incluida la pasteurizaci\u00f3n, la esterilizaci\u00f3n y otras necesidades de procesamiento de alimentos. La mayor\u00eda de las empresas productoras de l\u00e1cteos utilizan un intercambiador de calor de placas para realizar estas tareas debido a su versatilidad en dise\u00f1o y tama\u00f1o. Los diferentes productos l\u00e1cteos requieren diferentes temperaturas y tiempos de tratamiento, por lo que es extremadamente importante que un productor se asegure de seleccionar los intercambiadores de calor m\u00e1s adecuados para tratar eficazmente el producto l\u00e1cteo antes de su consumo. <\/p>

Autora: Kallista Wilson | Escritora t\u00e9cnica junior | Thermtest<\/p>

Referencias<\/h2>

Garver, K. (2016, September 26). The Latest in Heat Exchangers for Food Processing.<\/p>

Retrieved August 11, 2020, from https:\/\/www.myprocessexpo.com\/blog\/industry-perspectives\/the-latest-in-heat-exchangers-for-food-processing\/<\/a><\/p>

Government of Canada, C. (2020, January 22). Government of Canada. Retrieved August 11, 2020, from https:\/\/www.inspection.gc.ca\/preventive-controls\/dairy-products\/dairy-processors\/heat-exchangers\/eng\/1579546813867\/1579546894609<\/a><\/p>

Heat exchangers. (2020, June 29). Retrieved August 11, 2020, from https:\/\/dairyprocessinghandbook.tetrapak.com\/chapter\/heat-exchangers<\/a><\/p>

Proper cleaning and sanitizing of heat exchangers keeps food safe. (2015, October 12). Retrieved August 11, 2020, from https:\/\/www.dairyfoods.com\/articles\/91414-proper-cleaning-and-sanitizing-of-heat-exchangers-keeps-food-safe<\/a><\/p>

McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriott, P. (1993). Unit operations of chemical engineering (5th ed.). New York; London: McGraw-Hill.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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